Wzmacniacze o wielkich mocach, czy warto je kupować?

Jeszcze zanim rozpowszechniła się klasa D pojawiały się opinie, że użytkownicy sprzętu audio powinni częściej stosować wzmacniacze o dużych mocach, liczonych w setkach watów na kanał. Pomijając klasę D jako osobne zjawisko, patrząc z perspektywy 2023 roku, można odnieść wrażenie, że branża poszła za tym tokiem rozumowania, a ilość potężnych wzmacniaczy wzrosła.

Ten wstęp nie służy temu by omawiać rynkowe trendy, ale temu by postawić pytanie, czy filozofia budowy systemów audio pracujących z bardzo wysokimi mocami jest optymalna, czy może korzystniejszy będzie taki dobór parametrów, który pozwoli na pracę z umiarkowanymi mocami. Słowo umiarkowanymi zostało użyte celowo, bo nie chodzi o jak najgłębszą redukcję wymaganej mocy z wykorzystaniem wszelkich dostępnych środków.

Jako wprowadzenie do rozważań przydadzą się inne artykuły zamieszczone na hifi.pl. Jak napisaliśmy tutaj (Dobór mocy wzmacniacza - podstawowe kryteria), przy uwzględnieniu typowych kolumn, typowych pomieszczeń odsłuchowych i typowych wymagań słuchaczy wymagana moc wzmacniacza będzie się zmieniać od około 10W do 400W. Wychodząc poza typowe sytuacje można ten zakres poszerzyć i faktycznie zdarza się, że w domowym systemie audio wskazane jest zastosowanie wzmacniacza o jeszcze większej mocy. A jak to opisaliśmy w tym artykule (Powiązanie objętości, rozciągnięcia pasma i sprawności zestawów głośnikowych), zwiększenie sprawności kolumn bez pogarszania pasma przenoszenia na basie wymaga stosowania dużych obudów kolumn. Natomiast w artykule o minimonitorach (Wady i zalety minimonitorów) omówiliśmy konsekwencje wyboru koncepcji konstrukcyjnej kolumn, z uwzględnieniem kwestii sprawności.

Bez powtarzania podanych wcześniej informacji podkreślmy tylko kluczowy fakt. Wyższa sprawność będzie się wiązała z większymi objętościami kolumn i wszystkimi wynikającymi z tego kosztami, a także dodatkowymi utrudnieniami konstrukcyjnymi i użytkowymi.

Koszty finansowe i techniczne zwiększania mocy wzmacniaczy
W wymienionych artykułach nie analizowaliśmy konsekwencji zwiększania mocy we wzmacniaczach. W tym miejscu uzupełnimy brakujące informacje dotyczące tego zagadnienia, koncentrując się na klasycznych konstrukcjach, które nie korzystają z klasy D.

Większa moc wzmacniacza to większy zasilacz. A więc większe transformatory, większe pojemności kondensatorów, a także zastosowanie elementów elektronicznych zdolnych do pracy z większymi napięciami i prądami. Do tego dojdzie zastosowanie większej liczby tranzystorów wyjściowych i/lub zastosowanie droższych tranzystorów. Większe będą też radiatory. Potrzebne będą większe obudowy aby to wszystko pomieścić. Poza tym obudowy powinny być solidniejsze konstrukcyjnie, stosownie do wymagań montażu cięższych podzespołów. Wzmacniacz o dużej mocy będzie też zużywał więcej energii, a więc będzie droższy w eksploatacji. Gdyby na tym kończyły się minusy podnoszenia mocy wzmacniaczy, to sytuacja wcale by nie była taka zła. Trudno by było zdecydować czy lepiej ponieść koszt i wysiłek konstrukcyjny związany z budową dużej obudowy kolumny czy zaakceptować dodatkowe koszty budowy wzmacniacza.

Wspomniane wyżej czynniki polegały na prostym skalowaniu parametrów podzespołów wzmacniaczy do pracy z większymi mocami. W rzeczywistości jest to bardziej skomplikowane. Wraz ze wzrostem mocy pojawiają się jeszcze inne wymagania. Gdybyśmy tak po prostu powiększyli zasilacz bez zmian konstrukcyjnych to impulsy rozruchowe przy każdej próbie włączenia wzmacniacza powodowałyby uruchomienie bezpieczników. Trzeba więc dodać układy/elementy do tłumienia impulsów rozruchowych. Transformatory dużych mocy mają niskie rezystancje uzwojenia pierwotnego co zwiększa ich wrażliwość na składową stałą z sieci zasilającej. Przy dużych mocach może się więc pojawić potrzeba eliminacji składowej stałoprądowej. Trzeba też zadbać o lepsze specyfikacje wszelkich złącz, czy to dla zasilania czy to sygnałowych, aby prawidłowo i bezawaryjnie pracowały z większymi prądami. Duże moce mogą też oznaczać konieczność dodania dodatkowych układów zabezpieczających, lub przynajmniej udoskonalenia układów w stosunku do mniejszych wzmacniaczy. Niekiedy trzeba przerabiać domową instalację elektryczną aby zapewnić bezproblemową pracę wzmacniacza. Większe ilości tranzystorów wyjściowych to zarazem więcej pracy z selekcjonowaniem.

No i jest jeszcze jeden zestaw zgadanień, rozległy, skomplikowany od strony fachowej i najtrudniejszy do oceny czy uśrednienia. Chodzi o rozwiązania konstrukcyjne, o takie sprawy jak topologia układów czy rozmieszczenie przestrzenne elementów. Wszystko to też wymaga zmian przy podnoszeniu mocy. Możemy nieraz przeczytać lakoniczne wzmianki o układach płynnie dopasowujących napięcia zasilania, o układach regulujących polaryzację, o konieczności zastosowania dodatkowych stopni wzmacniających. Są też mniej eksponowane zagadnienia często pomijane w opisach sprzętu, takie jak zmiany w konstrukcji stopni sterujących, czy minimalizacja zakłóceń elektromagnetycznych generowanych przez duże prądy. Zwiększanie mocy bez odpowiedniej troski o zagadnienia konstrukcyjne spowoduje pogorszenie jakości brzmienia.

Negatywny wpływ dużych mocy na konstrukcję i pracę kolumn
Zanim przejdziemy dalej warto jeszcze skrótowo przypomnieć okoliczności dotyczące samych kolumn. Przystosowywanie głośników do pracy z dużymi mocami też podnosi wymagania konstrukcyjne. Praca z dużymi mocami wiąże się z powstawaniem w głośnikach dodatkowych zniekształceń. Mogą też nieco wzrosnąć koszty elementów zwrotnic. A duże wymiary obudów mają swoje akustyczne zalety i nie można tu mówić wyłącznie o wadach.

Podnoszenie mocy w systemie audio nie tylko generuje dodatkowe koszty, ale powoduje też liczne komplikacje konstrukcyjne. W tym kontekście wykonanie większych i kosztowniejszych obudów kolumn nabiera innego sensu - często będzie bardziej ekonomicznym i prostszym technicznie wyborem.

Czynniki pozatechniczne, czyli sytuacja na rynku
Koncepcja łączenia dość sprawnych kolumn ze wzmacniaczami o umiarkowanych mocach jest atrakcyjna zarówno technicznie jak i ekonomicznie, ale są jeszcze uwarunkowania rynkowe. Rezygnacja z mało sprawnych kolumn ograniczy nasz wybór. Opierając się na statystyce z tego artykułu (Efektywność kolumn - dane katalogowe kontra dane pomiarowe na 100 przykładach) przyjęcie efektywności 88dB jako dolnej granicy spowoduje odrzucenie nieco ponad połowy kolumn. A przyjęcie progu 90dB spowoduje odrzucenie aż 80% kolumn. Ta statystyka nie napawa optymizmem.

Postulując budowę systemów audio w oparciu o sprawniejsze kolumny nie mamy na myśli rozwiązań typu połączenie 10-watowego lampowca z tubowymi kolumnami o bardzo wysokiej efektywności. To jest wysoce specjalizowana, niszowa konfiguracja, odmienna od systemów, które tu porównujemy. Zakładamy, że osoby decydujące się na takie rozwiązania robią to świadomie.

Co więc zrobić jeśli spodobały się nam kolumny o niskiej efektywności, lubimy słuchać z wysokim poziomem głośności i mamy duży pokój? Jeśli znajdziemy wzmacniacz o bardzo dużej mocy, zadowalającej nas jakości i cenie mieszczącej się w naszym budżecie to oczywiście jak najbardziej można taki sprzęt kupić. A jeśli brakuje nam możliwości finansowych? W pierwszej kolejności polecamy poszukiwanie innych, mniej wymagających kolumn. A jeśli poszukiwania nie dadzą satysfakcjonujących wyników, w rezerwie mamy opcję wykonania kolumn DIY.

Jeśli inwestujemy w system audio wyższej klasy to warto zastanowić się nad wyborem najbardziej skutecznej koncepcji. Satysfakcjonujący efekt można uzyskać różnymi sposobami, ale są wśród nich zarówno mniej jak i bardziej ekonomiczne. Jeśli przewidywane zapotrzebowanie na moc nominalną wzmacniacza wyniesie sto kilkadziesiąt watów, to wymienione wyżej problemy nie powinny być zbyt dotkliwe. Im bardziej będziemy ten poziom mocy przekraczać, tym bardziej będą się piętrzyć dodatkowe koszty i utrudnienia konstrukcyjne, a więc tym ostrożniej powinniśmy analizować wady, zalety i koszty różnych konfiguracji systemów.

Część użytkowników mało sprawnych kolumn znajdzie satysfakcjonujące rozwiązanie dzięki klasie D dostarczającej większych mocy za mniejsze pieniądze. Nie negujemy sensu stosowania wzmacniaczy o bardzo dużych mocach. Radzimy jednak zwrócić większą uwagę na korzyści wynikające z wyższej sprawności kolumn. W mniejszych pokojach wystarczająca będzie efektywność 88dB, a w większości innych przypadków 90dB pozwoli na realizację zalecanej w tym artykule koncepcji budowy systemu. W najbardziej wymagających przypadkach wystarczające powinno być 92dB. Takie wartości można osiągnąć wykorzystując konwencjonalne, łatwo dostępne głośniki dynamiczne. Innymi słowy, osiągnięcie takich parametrów kolumn nie wymaga akceptacji specjalnych kompromisów technicznych czy ekonomicznych, trzeba tylko pogodzić się z większymi gabarytami obudów.

Chociaż skupiliśmy się tu na korzyściach płynących z większej sprawności kolumn warto wspomnieć o jeszcze jednej możliwości. Jeśli komuś zależy na wygenerowaniu bardzo wysokich poziomów głośności w bardzo dużych pomieszczeniach, a wybrane głośniki są mało sprawne, to w takiej sytuacji znacznie rośnie atrakcyjność koncepcji kolumny aktywnej.