Effektförstärkare
Effektförstärkare är en samlingsbenämning för den del av ett förstärkarsystem som producerar effekten, vilken mäts i watt. I en effektförstärkare är det meningen att signalen endast skall få en effektökning eller signalförstärkning. Därför kan inte en effektförstärkare även benämnas slutsteg, då slutsteget är sista delen i effektförstärkaren. Orden effektsteg och effektförstärkare ska inte sammanblandas med verkan i form av ljud- och ljuseffekter, vilket är något helt annat. Här är det fråga om ökning av energi. Effektförstärkare finns i alla typer av förstärkare, det är sista steget innan lasten. Inom ljudsektorn talar man om klass A-, klass AB- och klass B förstärkare. Skillnaden mellan effektförstärkare utförda med bipolärt respektive rör-/MOSFET-slutsteg är den typ av distorsion som genereras av de respektive slutstegen. Bipolära transistorer genererar tredjetonsdistorsion, vilken inte är harmonisk, medan däremot rör och MOSFET alstrar andratonsdistorsion. Denna andratonsdistorsion är jämna multipler av grundtonen och faller alltså in i harmonin vilket uppfattas, framförallt vad gäller gitarrförstärkare med rör, som en fylligare och varmare ton. Vid ljudåtergivning från inspelat material kan däremot rörförstärkare med relativt hög distorsion inte anses vara förenligt med HiFi, då det lägger till övertoner som inte härrör från musikinstrumenten, även om de är harmoniska.
Signalförstärkning
När det gäller operationsförstärkarens spänningsförstärkning, finns det två grundkopplingar enligt figur. Den ena är den "icke-inverterande förstärkarkopplingen", den andra är den "inverterande förstärkarkopplingen". I denna koppling kopplas en del av utsignalen tillbaka till minus-ingången. Denna signal får ingångsspänningen att minska och vi har då en negativ återkoppling. Spänningen in på själva operationsförstärkaren kan tecknas. Efter eliminering av e och algebraisk utveckling har vi slutligen. så blir förstärkningen. och alltså enbart beroende av resistanserna R1 och R2. Eftersom råförstärkningen, F, för många standardförstärkare är i storleksordningen 100 dB eller 100 000 så blir förstärkningen i alla praktiska fall när nog exakt 1/β. En spänningsföljare kan skapas genom att utesluta R1, och låta R2 vara hur litet som helst. Denna har egenskapen att replikera inspänningen och kunna driva en utgångslast med stark ström utan att belasta signalkällan. Man kan på liknande sätt visa att förstärkningen för den inverterande kopplingen blir. Alternativt kan man se kopplingen som sådan att plusingången är jordad och att e motsvarar en extremt liten potential då råförstärkningen, F, normalt är så ofantligt stor. Impedansen mellan plus och minus är samtidigt normalt mycket stor (se arkitekturen nedan). Vi har med andra ord fått en virtuell jord. När vi konstaterat detta kan vi titta på kopplingen med andra ögon. Strömmen in, Iin, blir. Och denna strömåste även gå genom R2 då ingen ström kan gå in på den högimpediva minusingången. Utgången måste alltså gå negativ och eftersom det är samma ström är utspänningen proportionell mot de båda motstånden enligt inledande formel ovan. Ovanstående resonemang håller endast då frekvensen är låg eller då återkopplingen är stor. I själva verket avtar råförstärkningen både tidigt och snabbt med frekvensen. Vanligast är att överföringsfunktionens Laplacetransform har polen som en enkelpol runt något tiotal hertz. Råförstärkningen avtar då med 20 dB/dekad men operationsförstärkaren kan ha fler poler varvid råförstärkningen avtar ännu snabbare. Så länge som antalet poler är mindre än tre så är förstärkaren stabil vid alla grader av återkoppling. Vissa operationsförstärkare måste dock frekvenskompenseras med en kondensator för att kunna användas vid 0 dB förstärkning (läs som spänningsföljare dvs med R1 i den icke-inverterade kopplingen borttagen). Viss frekvenskompensering görs i förstärkarkopplingen, annan på speciella anslutningar som tillverkaren har förberett för ändamålet. Råförstärkningen är alltså alltid beroende av frekvensen. Man har infört en beteckning kallad GBW eller Gain Bandwidth Product, förstärkningsbandbreddsprodukt. Detta tal motsvarar operationsförstärkarens bandbredd vid 0 dB förstärkning. För att få bandbredden vid vald förstärkning delar man helt enkelt GBW med den förstärkning man vill ha och får då en lägstauppskattning av bandbredden för den förstärkningen. Detta gäller oavsett hur många poler OP:n har. Eftersom råförstärkningen är så stor så behöver man normalt inte bry sig om OP:ns frekvensberoende. Det är främst vid kombinationen stor förstärkning och hög frekvens som speciella begränsningar uppkommer. Detta gäller exempelvis vid förstärkning av små signaler från pick-up'er eller dynamiska mikrofoner. I sådana fall kan hög förstärkning åstadkommas med kaskadkoppling av förstärkare. Antag att vi har en standard operationsförstärkare med en maxförstärkning på 100 dB och en enkelpol eller bandbredd på 10 Hz. En sådan förstärkare har då överföringsfunktionen. Säg sedan att vi önskar förstärka 40 dB eller 100 gånger för vår mikrofon. Vi har då. Eftersom råförstärkningen faller 20 dB/dekad och således når 0 dB fem dekader efter enkelpolen har vi.
Hörlurar
Det finns en rad varianter av hörlurar, anpassade för olika behov, användningsområden och ändamål. Till att börja med används två olika typer av högtalarelement: dynamiska och elektrostatiska. De senare är mindre vanliga, och sitter i exklusiva och dyra hörlurar. En elektrostatisk hörlur måste drivas av en speciell förstärkare som ger den höga spänning som krävs. Många uppskattar dock de elektrostatiska hörlurarnas höga upplösning och renhet. Också till det yttre finns många varianter av hörlurar. De enklaste och billigaste består av ett mycket litet högtalarelement i ett plastchassi som placeras en bit in i hörselgången. Till följd av placeringen kan dessa hörlurar sällan ge ett naturligt ljud, eftersom ytterörat inte alls träffas av och påverkar ljudet. Det är också svårt att få de små membranen att alstra djupbas med tillräcklig kraft och renhet. Allt fler modeller klarar dock detta. De flesta hörlurar är dock av utanpåliggande typ. De har antingen ett hjässband eller ett nackband som håller kåporna på plats. Det finns även en typ som hängs på ytterörat med en krok. Konstruktionen med hjässband är den klart vanligaste. En vanlig anmärkning mot hörlurar är att ljudet tycks komma inifrån huvudet snarare än utifrån. Här är dock hörlurens konstruktion av stor betydelse, och halvöppna och öppna hörlurar är på denna punkt bättre än slutna hörlurar, och i all synnerhet de hörlurar som placeras i hörselgången. Detta problem kan ytterligare minskas med digital teknik som Dolby Headphone. Med sådan teknik är det även möjligt att på ett övertygande sätt återge flerkanalsljud med hörlurar. Hörlurar kan vara antingen slutna, halvslutna/halvöppna eller öppna. Ifall de är utrustade med en liten mikrofon kallas helheten headset eller mikrofonlurar. Den slutna typen har den fördelen att de erbjuder god ljudisolering. De hindrar ljud att komma såväl in som ut. Denna hörlurstyp är mycket vanlig inom inspelningssammanhang. En annan fördel med den slutna konstruktionen är den goda basåtergivning som den kan ge. Nackdelen är att ljudet ofta blir mindre öppet än med en mindre sluten konstruktion. Och det blir mycket svagar att höra. Den halvöppna typen har en dyna som sluter tätt mot eller runt ytterörat, men en kåpa som är öppen utåt. Denna typ har blivit mycket vanlig på senare tid. Dynan bidrar till god basåtergivning, samtidigt som den öppna kåpan bidrar till ett öppet och luftigt ljud. Den helöppna typen är öppen både mot örat och utåt. Högtalarelementen hänger då en bit utanför örat. Ny teknik har löst det tidigare problemet med nivåfall i basen hos öppna lurar. Dessa helt öppna hörlurar kan ge ett naturligare ljud, då också ytterörat påverkas. En hörlurstyp som har blivit mycket vanlig på senare tid är den trådlösa. En trådlös hörlur består av en s.k. basstation, som innehåller en sändare och vissa fall också en batteriladdare, samt hörluren, som innehåller en mottagare. Överföringen sker antingen med infrarött ljus eller FM-radio. Ofta har trådlösa hörlurar olika mer eller mindre avancerade och sofistikerade ljudförbättringsfunktioner, alltifrån enkla tonkontroller till akustikprocessorer och avkodare för flerkanalsljud. rawr.
Distorsion (teleteknik)
Distorsion är inom telekommunikation en typ av förvanskning av telesignalen. Distorsion definieras som. Distorsion kan vara av linjär eller olinjär typ och i förekommande fall inkluderar man även störningar i distorsionsbegreppet. Den distorsion som förorsakas av linjära överföringsfunktioner är exempelvis tonkurvefel (frekvensberoende amplitud) och fasvridning (frekvensberoende fas). Den icke-linjära distorsionen beror på olinjära överföringsfunktioner, alltså amplitudberoende beteenden. Ofta hittar man dessa i aktiva komponenter som exempelvis elektronrör, transistorer, operationsförstärkare. Distorsionsmått Olinjär distorsion (t.ex. harmonisk distorsion eller intermodulationsdistorsion) anges i enheten dB eller i procent (vanligast). 1 % distorsion motsvarar -40 dB, 0,01 % motsvarar -80 dB. Linjär distorsion anges oftast i termer av tonkurveavvikelser, i dB. Där u1 är amplituden på grundtonen och u2, u3 etc amplituden på respektive överton. En viktig sak att nämna är att distorsionstyper av vitt skilda slag ändå kan vara närbesöktade så till vida att de är yttringar från ett och samma fenomen, olinjäriteten. Så distorsion är inte en entydig system- eller apparategenskap. Olinjäriteterna är det. Och distorsionen som beskriver olinjäriteten beror på vilken mätmetod man valt att använda liksom på signalnivåer. Distorsionsmätning görs med en distorsionsmeter. Äldre analoga instrument klarade mestadels endast harmonisk distorsion (THD) och lägsta mätvärde var cirka -70 dB (till exempel Hewlett-Packard HP334A). Speciella instrument fanns för IMD. Moderna instrument har en kombination av analog och digital teknik och kan mäta THD ner till ca -120 dB, IMD ner till -100 dB samt DFD ner till -130 dB (Rohde och Schwarz UPL). När det gäller ljud har distorsionen en framskjuten plats. En HiFi-anläggning skall återge ljudet utan förvanskning (distorsion). I dag har så gott som alla halvledarbestyckade HiFi-förstärkare ett signal-brusförhållande på -90 dB eller lägre med motsvarande låga värden för IMD och DFD. Rörbestyckade förstärkare kommer sällan under -80 dB. Den svagaste länken i en HiFi-anläggning är dock högtalarna och vinylspelarens pickup. Ingen av dessa kommer någonsin i närheten av ett signal-brusförhållande på -80 dB. Även den linjära distorsionen är som regel väsentligt högre i dessa länkar än i förstärkare. Tonkurveavvikelser på 10 dB eller mera mellan 20 Hz och 20 kHz är inte ovanligt hos högtalare medan förstärkare ofta klarar den bandbredden med avvikelser på bråkdelar av en dB. Några former av distorsion i en TV-bild. Nätspänningen alstras av roterande maskiner - generatorer - i våra kraftverk. Vågformen på spänningen från dessa är tänkt att vara en ren sinusvåg men på grund av att ingen maskin är perfekt och på det faktum att de olika elnäten är sammankopplade så blir resultatet inte någon ren sinusvåg. Olika typer av belastningar på elnätet förorsakar olika typer av störningar (distorsion). Exempel på sådana är ljusregulatorer (dimmer), switchade nätaggregat, lysrörsarmaturer, SL-lampor mm. Även åska ger störningar mest i form av transienter. I en apparat eller enhet, förvrängning av en signal då den passerar systemet, avvikelsen på utsignalens vågform i jämförelse med insignalens vågform när den har överförts av apparatens överföringsfunktion. Analogt genererad distorsion. Distorsion som uppkommer i analoga system beroende på faktorer som genom olika typer av förvrängningar adderar/subtraherar information till den analoga grundsignalen. Digitalt genererad distorsion. Distorsion som uppkommer i digitala system beroende på faktorer som genom olika typer av förvrängningar adderar information till den ursprungliga digitala signalen. Komponentberoende förvrängning kan skapas på grund av felaktigt vald komponent eller fel i komponent. Den kan även skapas på grund av att den komponent som valts är en kompromiss.
Grammofonskiva
En grammofonskiva är en typ av fonogram där ljud lagras på en cirkulär skiva i form av ett graverat spår av varierande vidd och svängning, vilket från början avlästes med en stålnål som mekaniskt påverkade ett litet membran av metall eller glimmer. Membranets vibrationer satte luften i vågrörelse som kopplades till en större eller mindre tratt, som samlade ljudet och sände det förstärkt i trattens riktning. Detta kallades trattgrammofon. Senare infördes nålmikrofonen (pickup) som kopplades till någon form av elektrisk förstärkare. Spåret på de flesta grammofonskivor är lateralt, det vill säga rör sig i sidled, men fram till och med 1920-talet fanns även skivor med vertikal gravyr där spåret går upp och ner. Sistnämnda teknik tillämpades även på grammofonskivans föregångare fonografcylindern. Genom en kombination av lateralgravyr och transversalgravyr av ljudspåret kan man åstadkomma en stereoinspelning, som kan läsas med en specialkonstruerad nålmikrofon och spelas upp i en stereoanläggning. Stålnålar slits starkt vid avspelningen och från början krävdes nytt grammofonstift efter varje avspelad skiva. Med förbättrat stål i nålen kunde upp till 10 skivor spelas med samma nål. Nålmikrofonen kan göras betydligt lättare än den gamla ljuddosan, varvid slitaget på skivan reduceras avsevärt. Med stiftspets av diamant eller safir får man en nål som duger för avspelning av tusentals skivor, innan den behöver bytas. Nosradien på dessa stift måste noga anpassas till slaget av den skiva som ska avspelas. Av den anledningen utförs ofta nålmikrofonerna så att man på ett enkelt sätt kan växla mellan nålar med olika slipning av spetsen. Den äldsta typen av grammofonskiva var den så kallade 78-varvaren, vilken uppfanns av Emile Berliner 1887. Standardskivan med 25 cm diameter räcker för 3 à 4 minuters spelning. Det förekommer även en större skiva med 30 cm diameter och en mindre med 17 cm diameter med speltider därefter. För amatörmässig inspelning användes så kallade lackskivor, som var någorlunda lätta att gravera, men som å andra sidan bara klarade ett fåtal avspelningar, innan ljudkvaliteten gick ned katastrofalt. Dessa skivor måste avspelas med en specialnål, som lutar mycket starkt mot skivan, ett s.k. släpstift. 78-varvaren började under slutet av 1940-talet att ersättas av vinylskivan, vars tätare graverade spår och sänkt rotationshastighet möjliggjorde betydligt längre speltid än föregångaren. Dessa skivor ska avspelas med hastigheten 33 ⅓ resp 45 varv/minut. För inspelning av tal förekommer även hastigheten 16 ⅔ varv/minut. För musik ger denna hastighet oacceptabelt låg ljudkvalitet. Ljudet återgavs i början i mono (monofoni) där man använde endast en överföringskanal och en högtalare för att bära fram ljudet. Med vinylskivorna kom stereon (stereofonin) som ljudåtergivningsmetod och grammofonerna måste anpassas efter stereotekniken. Under 1990-talet konkurrerades även vinylskivan i allt väsentligt ut av CD:n, varvid en hundraårig grundläggande teknik med lagring av ljud på mekanisk väg ersattes nästan helt av digital lagring. Ännu idag ges dock många nya album ut på vinylskivor. Grammofonskivan var primärt medium för utgivning av kommersiell musik under nästan hela 1900-talet, och ersatte fonograficylindern, som tidigare också funnits, under 1920-talet. Mot 1980s-talets slut började digital media nå en större marknad, och vinylskivan började fasas ut 1991.
