ARRAY heeft jaren onderzoek verricht naar het verband tussen audiofiele prestaties en technische eigenschappen. Die verbanden waren lang niet altijd voor de hand liggend. Uiteindelijk waren er een aantal technische doorbraken voor nodig om ons huidige prestatieniveau te bereiken.
Memory distortion
Dit type vervorming zorgt er in feite voor dat de stapresponsie van halfgeleiderversterkers vaak zo slecht is. De junctie van een transistor is heel, heel erg klein. Zo klein, dat een verandering in power dissipatie binnen enkele honderden microseconden de transistorjunctie significant afkoelt of verwarmt. Aangezien de temperatuur van een transistor keihard de open-loop gain beïnvloedt (in technische termen, de hfe is voor kleine dT proportioneel met Vbeq/kT), betekent dit tevens dat de open-loop gain in het middenfrequent audiobereik gemoduleerd wordt door het audiosignaal zelf. Het gevolg: slechte levendigheid! Een futloos en emotieloos middengebied, gebrek aan kracht, en geluid dat levenloos over de luisteraar heenspoelt. Array voorkomt memory distortion met een uitgebreid scala aan geheel nieuwe transistorcircuits, alsmede een aantal bekende oplossingen zoals cascodering.
RFi gefilterde shuntvoeding zonder zenerreferentie
Onze lijnvoorversterker en phono prepre zijn uitgerust met een shuntvoeding. Dat komt tegenwoordig vaker voor. Een shuntvoeding is een voeding waarbij de
voedingsspanning over de audioschakelingen konstant wordt gehouden door extra stroom te leveren die via een shuntregelaar
afgevoerd wordt naar aarde. De shuntregelaar tapt precies genoeg stroom af zodat de spanning constant blijft. Daarvoor wordt de uitgangsspanning
vergeleken met een zogenaamde spanningsreferentie, meestal een zenerdiode. Bij onze shuntvoedingen is de spanningsreferentie een set van LED's.
Onze simulaties en metingen hebben aangetoond dat deze LED's een 100 maal lagere ruis hebben dan een zenerdiode. Ook wordt de shuntregelaar bij de
Array shuntvoeding gevoed door een RFi gefilterde stroombron. Onze simulaties en metingen tonen aandat de nieuwe Array shuntvoeding
storing (Rfi) tussen 1 en 100 MegaHerz ongeveer 10000 maal beter filtert dan onze oude voedingen. Deze perfectie komt niet goedkoop: de nieuwe
voeding bevat bijna 100 discrete komponenten.
Waarom is een accuvoeding vaak zo goed? Een belangrijke reden is het volledig ontbreken van RFi, alhoewel veel slecht ontworpen accuvoedingen nog
erg veel common-mode RFi inkoppelen via parasitaire capaciteiten. Zoals gewoonlijk is het ook hier mogelijk om door simpele ontwerpfoutjes het kind met het
badwater weg te gooien.
Natuurlijk mag u van Array meer verwachten. Wij gebruiken transformatoren in de netvoeding met minder dan 30 pF koppeling tussen het net en de secundaire
voedingen. Differential mode RFi wordt ondervangen door onze shuntvoeding. De interne weerstand van de nieuwe shuntvoeding is vanaf DC tot 100 MHz lager
dan die van een accuvoeding.
Het resultaat is fantastisch. Rust, transparantie en stereobeeld zijn naar een nieuw
niveau gestegen.
100 MHz bandbreedte
Al onze versterkerschakelingen (ook de stroomversterkers in de eindtrappen)
zijn uitgerust met minimaal 100 MHz (open-loop unity gain)
bandbreedte. Waarvoor,
vraagt U zich natuurlijk af. De mens hoort toch maar tot 20 KHz? Voor
het gebruiken van deze bandbreedte zijn een aantal zeer belangrijke redenen
aan te wijzen.
1 - Array heeft ontdekt dat het gedrag in het tijddomein veel belangrijker is dan
gedrag in het amplitudedomein. Faseruis in de ordegrootte van honderden picoseconden
(zelfs bij lage audio frequenties) hebben reeds grote gevolgen voor ruimtelijkheid
en dynamisch gedrag. Audio schakelingen die een bandbreedte hebben die net voldoende
is voor het audio bereik (20Hz - 20KHz) zullen tijddomein fouten genereren in het
microseconde bereik, volkomen onacceptabel. Alle Array ontwerpen werken met
schakelingen die enkele ordegroottes meer bandbreedte hebben dan het audiobereik.
Het resultaat is een ruimtelijkheid die zijn gelijke niet kent behalve bij enkele
buizenontwerpen.
2 -
Veel eindversterkerschakelingen hebben last van crossover
vervorming. De ontwerpers denken dat deze vervorming bestreden kan
worden met het gebruik van tegenkoppeling. Helaas is dit vaak niet het
geval. Crossover-effecten hebben namelijk twee zeer
belangrijke eigenschappen: ze hebben frequentie
componenten tot 100 Mhz en wanneer een (bijna altijd aanwezige) fase
draaiing optreedt door een inductieve of capacitieve belasting gebeurt
cross-over bij zeer hoge stromen.
De enige methode om dit op te lossen is het gebruik van een eindtrap die
hoge stromen kan leveren bij zeer hoge frequenties. ARRAY eindversterkers
hebben daarom die zeer grote bandbreedte.
Er is een (bekend) alternatief, Klasse A. Reden waarom Klasse-A
eindversterkers zo populair zijn bij audiofielen. De nadelen
zijn bekend: hitte, stroomkosten, laag vermogen.
Wat vaak vergeten wordt, is dat Klasse A meestal niet in staat
is bij transienten van hoog vermogen in Klasse A te blijven, vooral niet
bij laagimpedante belastingen. Een 50 Watt (8 Ohm) Klasse A versterker
gaat bij 2.5 Ampere (RMS) in Klasse-B. Veel luidsprekers hebben impedantie
transienten tot 2 Ohm of zelfs lager. Bij die impedantie is de Klasse A
limiet slechts 12.5 Watt. ARRAY versterkers leveren 400 Watt,
meer dan 30 maal dat
vermogen gedurende 5 milliseconden met 0.01% vervorming.
Cascodes
Al onze schakelingen zijn uitgerust met een cascode topologie.
Een bekend probleem bij conventionele elektronica is
het verschijnen van voedingsspanningsruis (bijv 100 Hz rimpel)
op de signaal uitgang. Dit
wordt veroorzaakt doordat een transistor niet perfect is: collector
spanningsvariaties verschijnen wel degelijk aan de emitter op -60
dB. Gevolg is een in elkaar stortend stereobeeld. De conventionele methoden
om dit probleem op te lossen
is het gebruik van overgedimensioneerde voedingen of het gebruik
van een gestabiliseerde voeding bij duurdere ontwerpen. Een cascode
is in feite een gestabiliseerde voeding die meegestuurd wordt met het
signaal. Dit heeft als voordeel boven een gestabiliseerde voeding dat
er meer dynamische uitsturing beschikbaar is.
Zowel stabilisatie als cascode zorgen voor een voedingsrimpel onderdrukking
die 60 dB beter is dan bij conventionele schakelingen.
Parallelle eindtrap
Onze eindversterkers zijn uitgerust met minimaal 8 parallelle eindtrappen. Dit is vrij gebruikelijk bij high-end ontwerpen maar meestal met een kleiner aantal (vaak 4) eindtrappen. Het voordeel van parallelle eindtrappen is bekend: een betere open-loop lineariteit waardoor met minder terugkoppeling kan worden volstaan. Met slechts 40 dB lokale tegenkoppeling bereiken wij een vervormingsniveau van de eindtrap van -100 dB.
transimpedantie spanningsversterker zonder terugkoppeling
De line stages van onze voorversterkers en de ingangstrap van onze eindversterkers is volledig stroomgestuurd. Dit wordt ook wel een transimpedantie ontwerp of "Current Mode Gain" genoemd. Een hoge voedingsspanning van de ingangstrap staat ons het gebruik van zeer nauwkeurige stroomspiegels toe in deze transimpedantie circuit topologie. Daardoor is de open-loop lineariteit van deze versterkers zo goed (voornamelijk tweede harmonischen) dat we in het geheel geen tegenkoppeling hoeven toe te passen. Het resultaat: een buitengewone diepte en breedte van het geluidsbeeld.
Differentiele ingangstrap
De ingangen bij
onze eindversterkers zijn het
begin van een volledig differentieel circuit tot aan de
push-pull eindtrap. Een differentiele ingang zorgt onder andere voor
een betere common-mode stooronderdrukking maar laat ook een
betere signaal-aarde-topologie binnen de versterker toe. Ook op onze
cinch ingangen worden op deze manier storende RF frequenties
differentieel verwerkt (common-mode onderdrukt).
Onze mono versterkers
zijn uitgerust met
een dubbele differentiele antifase circuit-topologie aan de ingang
en een enkele differentiele eindtrap zoals door anderen ook wel
eens "Full Power Balanced" wordt genoemd.
Micro-antenne technologie
RFI (Radio Frequency Interference) is een geduchte tegenstander van audiofiele prestaties. RFI veroorzaakt ernstige hoogfrequente faseruis bij halfgeleiderschakelingen. Buizen hebben hier minder last van. Dit is opnieuw een reden waarom er meer goedklinkende buizenversterkers zijn dan halfgeleiderversterkers. Array schakelingen worden dusdanig ontworpen dat zowel radiated als conducted RFI geen kans hebben om in de schakelingen in te koppelen. Wij doen dit onder andere door zowel het common-mode als het differential mode antenne oppervlak van de gehele RFI architectuur in onze schakelingen te minimaliseren.
DC koppeling
Al onze versterkerschakelingen zijn DC gekoppeld. Dit wil zeggen dat er nergens in het signaalpad condensatoren in serie met het signaal staan. Overigens vermijden wij ook zoveel mogelijk om capaciteiten parallel aan het signaalpad te zetten. Condensatoren bezitten vele slechte eigenschappen waaronder microfonisch gemoduleerde capaciteit. Dit wil zeggen dat de capaciteit wijzigt bij trillingen. De gelovgen zijn even duidelijk als desastreus voor de audiofiele prestaties. De modulerende capaciteit veroorzaakt faseruis: ernstige tijddomein vervorming. Om DC koppeling mogelijk te maken worden Array schakelingen voorzien van een DC servo die het DC niveau aan de uitgang op 0 Volt terugregeld. Een dure maar noodzakelijk oplossing. Onze aktieve voorversterker is zelfs uitgerust met 2 DC servo's per kanaal. 1 voor de stappenverzwakker om tikken te voorkomen bij volumeveranderingen en 1 na de stappenverzwakker voor de DC op de uitgang.
Verzwakker
De verzwakker van de volumeregeling van onze voorversterkers is uitgerust met geschakelde vaste metaalfilmweerstanden. Potentiometers hebben een te weinig stabiele weerstandswaarde die bovendien voor links en rechts vrijwel nooit gelijk is, zeker voor lage volumestanden. Een potentiometer heeft bovendien een te groot RFI antenneoppervlak. Opnieuw kiest Array voor de beste maar tevens duurste technologie.
Afstandsbediening
Bij veel audiofiele apparatuur ontbreekt de mogelijkheid van afstandsbediening. Soms wordt beweerd dat dit voor audiofiele prestaties niet mogelijk is. Dat is niet waar. Indien men de processor die eea. decodeert en bedient elektrisch uitschakelt wanneer deze niet gebruikt wordt is van ruis door de microprocessor geen sprake. De meeste kleine high-end bedrijven hebben simpelweg niet de digitale en softwarekennis om infrarode seriele informatiestromen te decoderen en de software te schrijven waarmee de rest van de versterker wordt aangestuurd. Zelfs onze passieve voorversterker is afstandsbediend. Voor zover wij weten bestaat er geen enkele andere passieve voortrap met dit bedieningsgemak.
Argon gas gevulde Relais
Daar waar er in Array circuits moet worden geschakelt passen wij relais toe. Wij hebben nog geen enkele elektronische schakelaar gevonden die de prestaties van goede relais zelfs maar benadert. De relais die in Array apparatuur worden toegepast zijn hermetisch afgesloten van de buitenwereld en gevuld met argon gas. De kontakteigenschappen van deze relais zijn buitengewoon goed en over meer dan 10 miljoen maal schakelen gegarandeerd.
Levensduur
Array versterkers bevatten geen bedieningselementen op de units zelf. Dit is misschien even wennen. Het is echter gedaan om een heel goede reden: levensduur. Bij vrijwel alle oudere audio apparatuur wordt de levensduur uiteindelijk bepaald door de mechanische componenten: schakelaars, potmeters enzovoort. Bij Array voorversterkers worden deze componenten in het geheel niet toegepast. Alles wordt bedient via de eenvoudige afstandsbediening die wij als "disposable" beschouwen. Zodra deze verloren of versleten is kunt u iedere universele Philips afstandsbediening die een tuner/versterker kan bedienen gebruiken voor uw Array apparatuur. De Array apparatuur zelf bevat uitsluitend zeer betrouwbare argon-gas gevulde relais als mechanische componenten.
Klasse A
al onze versterkerschakelingen zijn geheel opgebouwd met discrete halfgeleider componenten met uitzondering van de DC servos. De discrete componenten laten meer dissipatie toe zodat we de gehele ingangstrap konden biasen voor lage ruis en Klasse A. En ja, zelfs wij geven toe dat wanneer je Klasse A kan doen zonder straf dat het een betere methode is.
Beveiliging buiten het signaalpad
Beveiligingscircuits zijn circuits die over het algemeen de audiofiele
eigenschappen van een ontwerp alleen maar kunnen verslechteren.
Vanuit een audiofiel standpunt zou men deze circuits eigenlijk liever
weg laten. Dit zou de versterker echter onpraktisch maken. Een andere
mogelijkheid is om de versterker dermate robuust te ontwerpen dat zelfs
simpele zekeringen de beveiligingsfunctie kunnen vervullen. Helaas hebben
de meeste "robuuste" componenten geen audiofiele eigenschappen.
Wij hebben voor een andere methode gekozen. Het beveiligingscircuit is
zeer uitgebreid en complex en staat geheel buiten het signaalpad. Zodra
dit circuit vaststelt dat de versterker beschadigd dreigt te raken wordt
het overbelaste kanaal gedurende korte tijd geheel uitgeschakeld. Dit
in tegenstelling tot andere ontwerpen waar meestal ernstige vervorming
ontstaat door een geleidelijk inkomende stroombegrenzing.
Het beveiligingssysteem bestaat uit een 8-kanaals data acquisitie
systeem met een processor die 5000 maal per seconde de temperatuur
van de juncties van de uitgangstransistoren berekent. Zodra een
temperatuur van 150 graden Celcius is bereikt wordt het
overbelaste kanaal gedurende 200 milliseconde afgeschakeld waarna
weer herstart wordt. Dit bewerkstelligt een effectieve en
precieze bescherming tegen overbelasting en kortsluiting.
Het beveiligingssysteem controleert ook DC offset en problemen met
de netspanning.
Clipping indicatoren
Onze eindversterkers zijn uitgerust met meerdere clipping indicatoren met een houdfunctie. Drie typen clipping van de eindtrap worden gedetecteerd: spannings clipping, stroom clipping en thermische clipping. Zodra een stroom of thermische clipping transient meer dan 100 microseconden duurt lichten die clipping indicatoren gedurende 0.5 seconden op ongeacht de tijdsduur van de clipping. Voor spanningsclipping meet de processor het voortschrijdend gemiddelde van het aantal clipping transienten per seconde. Zodra dat een bepaalde waarde overschrijdt licht de spannings clipping indicator op. Hiermee neemt de kans op schade aan uw hogetonen luidsprekers aanzienlijk af.
Memory distortion
RFi gefilterde shuntvoeding
100 MHz bandbreedte
Tijddomein vervorming
Faseruis
Crossover vervorming
Cascodes
Parallelschakelingen
Transimpedantie
Microantennes
DC koppeling
Verzwakker
Afstandsbediening
Argon gas relais
Levensduur
Klasse A
Beveiliging
Clipping
