Klankversterker

'n Klankversterker is 'n elektroniese toestel wat gebruik word om swak seine, afkomstig van byvoorbeeld ŉ mikrofoon of die toonkop van ŉ platespeler, sodanig te versterk dat dit duidelik deur 'n luidspreker hoorbaar is. Hoewel die toestel basies ingerig is om 'n kragtige weergawe van seine te gee, is dit al so gevorder dat, afgesien van die volume (hard- of sagtheid), die toon sowel as die ruisvlak van die klank beheer kan word. 

In 'n nuwe, opwindende ontwikkeling, waarin die Amerikaanse onderneming Western Electric die voortou geneem het, is dit vanaf die 1920's met behulp van effenaars ("equalisers") moontlik gemaak om selfs kontrole oor die verskillende frekwensies van klank uit te oefen, waardeur sekere klanke beter na vore gebring kon word. Teen die middel van die 1930's kon radioprogramme met 'n frekwensieweergawe van tussen 50 en 8 000 Hz met 'n sein-tot-geraas-verhouding van meer as 50dB deur middel van landlyne vanaf New York tot Los Angeles uitgesaai word.

Elektriese seine wat ontstaan wanneer byvoorbeeld 'n mikrofoon lugtrillings in elektriese golwe omsit, is veels te swak om 'n luidsprekerkeël te laat tril en daarom word 'n klankversterker gebruik. Tegnies gesproke, is 'n versterker 'n laefrekwensiewisselspanningsversterker, maar omdat die wisselspanningsgolwe nie eenvormig, soos byvoorbeeld die van 'n sinusgolf, is nie, moet spesiale voorsorg dikwels getref word om klanke getrou weer te gee. 

Die algemeenste metode is om seine in stappe te versterk. In die eerste stap word die amplitude (kruinwaarde van 'n elektriese golf) van die sein met behulp van 'n voorversterker vergroot. Dit word opgevolg deur die kragversterker, wat nie alleen die amplitude verder verhoog nie, maar ook die drywing verskaf om die luidsprekers te laat werk. 

ŉ Gewone versterker, byvoorbeeld ŉ voorversterker, is 'n versterker wat of stroom, of spanning versterk. Voor- en kragversterkers word gewoonlik in dieselfde kas ingebou en van 'n beheereenheid voorsien. Daarmee word die klankvolume, toon, ruisvlak en die kanaalbalans (indien twee of meer luidsprekers gebruik word) beheer. Vroeër het albei die versterkers uit 'n aantal afsonderlike elektroniese komponente bestaan, maar tans word dit in een blokkie, 'n sogenaamde geïntegreerde versterker ("integrated amplifier"), ingebou. 

Met so 'n blokkie word nie alleen die komponente drasties verminder nie, maar die betroubaarheid word ook verhoog en die onkoste verminder. Die geïntegreerde versterker ontwikkel minder hitte, waardeur komponente nadelig beïnvloed sou word, en het minder onderlinge verbindings wat kan kortsluit of verbreek kan word.

Versterking 

Die hoeveelheid versterking wat plaasvind, word eerstens deur die inset-uitsetverhouding en tweedens deur die drywingsvermoë bepaal. Met 'n verhouding van 1: 100 word aangedui dat die uitset van 'n versterker 100 keer groter is as die inset. Versterkings van 1 000 of selfs 10 000 maal is in die praktyk nie ongewoon nie, maar om versterking met sulke syfers uit te druk, kan lomp en omslagtig word. Daarom is dit gebruikliker om die desibelskaal (dB) te gebruik, waar die logaritme van die verhouding tussen die in- en uitset geneem en met 10 (vir gewone) of 20 (vir kragversterkers) vermenigvuldig word: 

versterking = 10 log 10 uitset/inset dB

of

kragversterking = 20 log 10  uitset/inset dB

As die inset-uitsetverhouding byvoorbeeld 1 000 is, is die logaritme van 1 000 tot die grondtal 10 gelyk aan 3 (want 1 000 = 103) en dit is dan 30 dB vir gewone, en 60 dB vir kragversterkers. Die verskil tussen die twee versterkers berus daarop dat slegs die elektriese spanning by die eerste en die spanning sowel as die stroom by die tweede ter sprake is. Die desibelskaal toon 'n treffende ooreenkoms met die gevoeligheid van die mens se gehoor. Wanneer klank byvoorbeeld 2 maal (in dB gemeet) versterk word, klink dit vir die oor 2 keer so hard. Die desibel is dus nie net geriefliker om te gebruik nie, maar gee ook 'n getrouer aanduiding van die menslike oor se waarneming van klanksterkte. 

Versterkte seine is in werklikheid wisselstrome en -spannings en aangesien die produk daarvan (spanning X stroom) uitgedruk word in die eenheid van elektriese drywing, naamlik watt, gee dit 'n aanduiding van die drywingsvermoë van 'n versterker. Die drywingsvermoë behoort nie oorskry te word deur byvoorbeeld luidsprekers van 30 watt aan 'n versterker van 20 watt te koppel nie. Die feit dat 'n versterker se drywingsvermoë in watt (W) gemeet word, beteken nie noodwendig dat die klank uit 'n versterker van 50 W harder sal klink as die uit 'n versterker van 30 W nie, want die klanksterkte hang af van die grootte van die ruimte waarin die klank voortgebring word. Klanksterkte word gemeet in watt per kubieke meter.

Toonbeheer 
Tussen die voor- en kragversterker vind 'n aantal korreksies plaas wat voorkom dat die klank vir die oor vreemd klink vanweë die versterking se uitwerking. Wanneer geluid byvoorbeeld opgeneem word en teen die helfte van die sterkte teruggespeel word, sal die hoogste en laagste tone swakker as voorheen klink. 

Die menslike oor reageer slegs by sekere geluidsterktes lineêr, dit wil sê die oor is dan ewe gevoelig vir alle toonhoogtes. Toonhoogtes kan tussen 20 en 20 000 Hertz (Hz) varieer (1 Hz is 'n frekwensie van 1 trilling per sekonde). Om 'n orkes byvoorbeeld getrou na te boots, word die versterker met toonbeheer toegerus, wat uit ŉ elektroniese stroomkring bestaan waarmee sekere frekwensies by sekere klanksterktes versterk of selfs verswak word. Die frekwensie waaronder of waarbo die toonbeheer aktief raak, is die kantelfrekwensie. 

Frekwensiebeheer kan ook selektief gedoen word met behulp van ŉ effenaar ("equaliser"), wat meehelp dat die karakteristiek van die versterker so na as moontlik aan die van die oor is. Werklike klankgetrouheid word egter bemoeilik omdat verskillende soorte luidsprekers aan die versterker gekoppel kan word en die fabrikant dus nie weet by watter klanksterkte dieselfde gevoeligheid bereik kan word nie. Dit is immers in hoe mate afhanklik van die rendement (nuttigheidsgraad) van 'n luidspreker, wat kan wissel tussen 5 % en 40 %. 

Fabrikante aanvaar slegs ŉ gemiddeld van 15 % en pas hulle ontwerpe daarby aan. Indien 'n luidspreker met 'n beter vermoë aan die toestel gekoppel word, gebeur dit dikwels dat die lae (bastoon) en die hoë (hoëtoon) note oorbeklemtoon na vore kom, maar dit kan met behulp van 'n spesiale kontroleknop uitgeskakel word (kontoer ofte wel "loudness"). Daarnaas kan steurings wat toegeskryf kan word aan die apparaat self, soos dreunings en krapgeluide, met behulp van filters verwyder word wat alle frekwensies onder 100 Hz (dreuningfilter; "rumble-filter") en bo 8 000 Hz (krapfilter; "scratch filter") heeltemal uitsny. Dit het gewoonlik ŉ dempende uitwerking op die klank en die filters word uitgeskakel wanneer daar na hoëkwaliteit-grammafoonplate en –bandopnames geluister word.

Vervorming en ruis 
Dit is nie so moeilik om 'n versterker te bou wat seine versterk nie; dit is wel moeilik om een te bou wat die seine nie vanself vervorm nie. Vervorming vind gewoonlik plaas wanneer ŉ sein te veel versterk word of wanneer sekere gedeeltes van die sein meer as die ander versterk word. Hier het die skakelvermoë van elektroniese komponente 'n groot invloed. Sekere transistors kan nie baie vinnig aan- en afskakel nie, en wanneer dit aan 'n baie vinnige of stadige spanningswisseling (frekwensie) onderwerp word, reageer dit of te stadig, of te vinnig en vervorm die sein heeltemal. 

Teen die tyd dat die sein die luidspreker bereik, laat dit die klank baie onsuiwer klink. Ruis veroorsaak gewoonlik dat daar bykomende seine voorkom as gevolg van die termiese beweging van die elektrone in die elektroniese stroomkring of komponente wat nie afgeskerm is nie. Insetseine is vanself nie baie groot nie en wanneer dit saam met ruis deur die klankversterker gaan, word albei ewe veel versterk, waardeur die klank ŉ duidelike geraaskwaliteit aanneem. 

Dit is dus belangrik dat die insetsein heelwat groter as die ruis moet wees of dat die versterker wel met behulp van 'n ruisfilter tussen die twee kan onderskei. Die insetsein moet ook nie te groot wees nie, anders sal die versterker te hard gedryf en die klank vervorm word. Vervorming en ruis (ook in watt uitgedruk) bepaal die grense waarbinne die versterking plaasvind sonder om by maksimale drywing distorsie te veroorsaak. 

Daar bestaan verskillende norme waaraan die maksimum klankvolume gemeet word en een daarvan is dat 'n versterker gedurende 'n toets byvoorbeeld ononderbroke 'n sekere drywing, byvoorbeeld 20 W, teen ŉ frekwensie van 1 000 Hz aan luidsprekers moet lewer sonder dat die klank vervorm raak. Klankvolume en -suiwerheid word dus aan die bogrens beperk deur vervorming en aan die ondergrens deur ruising. Die verhouding tussen die swakste en sterkste insetseine wat effektief versterk kan word, is die ruis-tot-sein-verhouding en word uitgedruk in dB.

Ingange 
Apparaat soos platespelers, instemmers ("tuners") en bandopnemers word gewoonlik almal aan dieselfde versterker gekoppel, maar lewer insetseine teen verskillende sterktes. Vir elke sein word daar dus 'n ander ingangsgevoeligheid vereis, wat met 'n kiesskakelaar ("selector") geselekteer kan word. 

Onder ingangsgevoeligheid word verstaan die spanning wat by die inset vereis word am optimale lewering te gee. Vir die kragversterker kan dit tussen 250 en 500 mV (millivolt) wees, terwyl dit vir die voorversterker slegs ongeveer 2 mV hoef te wees. 

Die voorversterker sal die sein dan vergroot tot ongeveer 0,25 V, waarna die kragversterker dit verder versterk tot sowat 20 V, 'n totale versterking dus van 10 000. Die verskillende seinsterktes afkomstig van toestelle wat aan die versterker gekoppel word, is onder meer ongeveer 5 tot 50 mV vir ŉ mikrofoon, 2 mV vir 'n magnetodinamiese toonkop, 50 mV vir ŉ kristaltoonkop, 250 mV vir 'n bandspeler se magneetkop, en 250 mV vir 'n radio se instemmer. 

Die seinsterkte van die radio en die bandspeler stem ooreen met die van die vereiste ingangsein na die kragversterker en kan dus direk daaraan gekoppel word. Dit bied die moontlikheid van monitorskakeling, want 'n sein wat van 'n toonkop af kom, kan van die voorversterker na die bandspeler gelei word en dan na die beheereenheid, waarvandaan die seine wat opgeneem word, met oorfone gemonitor kan word.

Hoofbron 
 Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409559 band

Verwysings 

Elektronika