Wat kan men leren uit lampenradios?

De relatief goede geluidskwaliteit van de buizenradios komt door de vervorming. Ja, door de vervorming. Door de kleine uitgangstransfo en SE-constructie geeft de radio heel veel harmonische vervorming (even harmonischen). Door de harmonische vervorming ontstaan er mengprodukten die het klankbeeld "voller" doen lijken (meer musicaal). De eindtrap kan bijvoorbeeld geen 20Hz weergeven, de transformator laat dat niet toe. Maar er ontstaan echter harmonischen op 40, 60, 80,...Hz, en die harmonischen zijn wèl hoorbaar. Proeven hebben uitgewezen dat de mensen de grondtoon kunnen onderscheiden, zelfs als die enkel nog aanwezig is in zijn harmonischen. Deze specifieke vervorming heet intermodulatievervorming.

Daarom klinkt zo'n buizenradio zo "goed", en de uitgangstransformator vervangen door een duurder exemplaar zal de subjectieve geluidskwaliteit eigenlijk verminderen. Cijfermatig is een duurdere outputtransformator beter (de vermogensbandbreedte loopt van 20 tot 20kHz), maar gevoelsmatig klinkt de radio niet zo goed meer. Een SE eindtrap met een EL84 (of UL84) kan maximaal 4W leveren. Daarvan wordt een groot gedeelte gebruikt om de laagste frekwenties weer te geven, waardoor de versterker snel overstuurd gaat klinken (dit zijn onaangename oneven harmonischen). Met zijn kleinere transfo hoeft de eindtrap niet zo ver uitgestuurd te worden, de laagste frekwenties worden door hun harmonische vertegenwoordigd, en om een signaal van 40 of 60Hz te horen is heelwat minder vermogen nodig dan om een signaal van 20Hz te horen. Dit is ook de reden waarom ik in bepaalde ontwerpen gewone voedingstransformatoren als outputtransformator heb gebruikt.

De buizenradio's met kleine SE output transformator en intermodulatievervorming heeft wel een aantal negatieve eigenschappen, waardoor het signaal niet meer zuiver klinkt, vooral als men te maken heeft met een complex audiosignaal. Als een orkest speelt, hoort men niet meer de verschillende instrumenten, maar het geheeld klinkt als soep ("potage" voor de nederlanders) dat te lang gekookt is geweest.

... en de praktijk

De fase verloopt op het grensgebied van de bandbreedte. Buiten de bandbreedte van de versterker is de fase van de tegenkoppeling meestal ook verkeerd, maar de versterking is zodanig afgenomen dat parasitaire oscillaties niet meer mogelijk zijn.

Om de faseverschuiving binnen de perken te houden zijn er twee (tegenstrijdige) oplossingen: de eerste is het laagfrekwent kantelpunt zo laag te kiezen, dat die op een frekwentie ligt die niet meer hoorbaar is, bijvoorbeeld 2Hz. Dit is de weg die gevolgd wordt door transistorversterkers die een vermogensbrandbreedte kunnen hebben van DC tot 100kHz. Transistorversterkers die een hoge terugkoppeling (moeten) hebben, hebben baat bij een dergelijke werkwijze. Menno van der Veen gebruikt een dergelijke oplossing voor een aantal buizenversterkers.

De andere mogelijkheid is de laagfrekwente versterking te beperken, zodat er geen oscillaties kunnen ontstaan. De befaamde laagfrekwente oscillaties (het "motorboten") ontstaan immers op frekwenties beneden het audiogebied. Deze werkwijze heeft als voordeel dat de versterker geen vermogen verspilt aan zeer laagfrekwente signalen. Daardoor kan er ook een hoger vermogen gehaald worden uit bepaalde buizen (dit lukt niet voor alle buistypes, vooral de lijneindtrappen uit televisies (beam tetrodes) zijn optimaal).

Voor de bovenkant van de bandbreedte gebruikt Menno wèl een lokale beperking van de bandbreedte door een 6dB-filter te gebruiken over bepaalde buizen. Hier is het immers moeilijker om een correcte faseverloop te behouden en is men gedwongen de bandbreedte te beperken, anders ontstaan er niet-hoorbare ultrasone oscillaties die de tweeters in een paar seconden kunnen opblazen.

Het boek van van der Veen toont niet veel schakelingen, en de schakelingen die getoond worden kunnen meestal verbeterd worden. Er is slechts één schakeling die ik heel goed vind, maar die is dan weer zeer complex uitgevoerd, terwijl mijn ontwerp eenvoudiger is.

Terugkoppeling

Deze maatregel veroorzaakt een afname van de versterking bij de hoge frekwenties, maar dit wordt gedeeltelijk teniet gedaan door de tegenkoppeling, die als effekt heeft de versterking opnieuw te egaliseren.

We hebben dan nog C** over de tegenkoppelweerstand. Gebruikt men een zuivere ohmse belasting, dan is C** niet nodig, maar de luidsprekers gedragen zich als een complexe belasting (voornamelijk inductief). Voor C** wordt een waarde aangeraden van 220pF. De bepaling van deze condensator moet gebeuren met de normale luidsprekers, een testsignaal van 1kHz op laag volume en men selecteert C** zodat de blokgolf geen uitschieters heeft, maar lichtjes afgeronde hoeken.

Dan hebben we nog C1 (alsook C4 en C5). De waarde ervan kan aangepast worden, Met een waarde van 0.22µF en een R van 100kΩ begint de vermogensbandbreedte bij 45Hz wat gunstig is om het motorboten te beperken. Deze frekwentie komt ook overeen met de frekwentie die de outputtransformator optimaal kan doorgeven, zodat er geen vermogen door de eindbuizen versplild wordt.

Drie concrete schakelingen van Menno van der Veen worden hier besproken.