Buizen en Buizenversterkers  < in bewerking >                                                                     <laatst bijgewerkt:  2020-12-02>
In het kort:
Versterkers met buizen worden door nogal wat mensen als "beter" ervaren, alhoewel daar weinig steekhoudende technische argumenten voor zijn; in tegendeel, er zijn veel technische argumenten aan te voeren die buizenversterkers in het nadeel plaatsen. Ik noem hier de technische plussen en minnen.
Verwante onderwerpen:  


Buizenversterkers

 

Buizenversterkers,  algemeen

Kan HiFi beter of gemakkelijker bereikt worden met buizen dan met transistoren?

Over het warme buizengeluid

Over het slechte transistor geluid

Er zijn uitzonderingen

Eindversterkers

Buizenversterkers vertonen een ander soort vervorming

Buizenversterkers vertonen minder overneem vervorming 

Regelversterkers

Voorversterkers

Radio ontvangers

CD-speler

 

Een reactie

 

Buizen versterkers, algemeen

De laatste jaren worden er her en der versterkers aangeprezen die gebaseerd zijn op de verouderde elektronen-buis technologie uit de jaren tot ca. 970. Meestal worden uitermate dure en luxueus uitgevoerde apparaten aangeboden. Veel chroom, de buizen goed zichtbaar, kortom, veel uiterlijk vertoon dat luidkeels roept: "Kijk.eens.....HIER STAAT EEN BUIZENVERSTERKER". 
Er zijn ook diverse zelfbouw ontwerpen op de markt. Deze systemen worden aangeprezen met termen als het "warme/karakteristieke/specifieke buizengeluid" of simpelweg als "het ultieme" op het gebied van geluidsweergave.
Ook het elektronica tijdschrift Elektuur is al geruime tijd bezig met een serie buizen ontwerpen. Men is daar weliswaar terughoudend met klankmatige claims, maar een duidelijk kritische stellingname heb ik er nog niet echt gezien. 


Even terug naar de definitie van HiFi: Geen enkele component in de keten mag een "warme", "karakteristieke" dan wel "specifieke" klank aan het geluid geven. Het enige wat telt is een zo goed mogelijke benadering van het orginele klankbeeld.

 

Op deze website staat ook een algemeen hoofdstuk over versterkers

 

Enne.... Het kan best wel leuk of leerzaam zijn om als (elektronica) hobbyist eens iets met buizen te knutselen. Er zijn per slot van rekening ook mensen die 17e eeuwse schepen (na)bouwen met materialen en gereedschappen uit die tijd. Maar die beweren niet dat hun schepen categorisch veel beter varen dan die van nu. 

Kan HiFi beter of gemakkelijker bereikt worden met buizen dan met transistoren?

Het antwoord is volmondig: Neen.
Er is geen enkele reden dat een buizen versterker het HiFi ideaal beter of gemakkelijker benadert dan een transistor versterker. Met de ouderwetse buizentechnologie kan best wel een goede versterker gebouwd worden. Maar in vergelijking met een transistor versterker van dezelfde kwaliteit is de buizen versterker:

Kijk ook naar de essentiele specificaties. Dit zijn de enige getallen die de geluidskwaliteit van een versterker bepalen.

 

Over het "Warme Buizengeluid"

Veel van mijn generatie genoten (ik ben van 1947) hebben een herinnering aan de gezelligheid bij die zo "warm" klinkende radio / pick-up van de jaren ver terug. Dat "warme" geluid kwam vooral door de slechte luidsprekers en luidspreker behuizingen van die tijd (de dome tweeter bestond nog niet), de slechte hoge tonen weergave van de middengolf radio en het radiomeubel met z’n boemerige lage tonen (zie luidspreker behuizingen / gevouwen baffle), veelal nog verstopt achter dempende leunstoelen in propvolle kleine woonkamers.
Als je dat nostalgische gevoel terug wilt, prima, en richt ergens in je huis een 50-er jaren kamer in met zulke spullen en zwijmelen maar...
Ga echter niet de gebrekkigheid van de technologie van toen propageren als het summum voor nu.
En het is natuurlijk helemaal kolder om een "warm" geluid te associeren met de thermisch verhitte kathode van elektronen buizen. De term "warm" wordt bij gebrek aan een beter woord nog wel eens gebruikt voor een soort geluid met voldoende laag en geen scherp hoog. Dat heeft niets te maken met iets wat je in graden Celcius kunt meten. 

Over het "Slechte" transistorgeluid

De eerste verschijning van transistoren in de geluidsweergave was ongetwijfeld de "transistor radio" aan het einde van de jaren vijftig. De transistor maakte het met z’n kleine afmetingen en geringe stroomverbruik voor het eerst mogelijk om goed draagbare radio’s te bouwen. Door het beperkte vermogen van de toenmalige transistoren en de kleine (plastic) kastjes was het geluid verre van HiFi. Ook de eerste huiskamer versterkers met transistoren hadden nogal wat beperkingen, zoals te weinig vermogen, waardoor er bij een beetje volume al oversturing optrad, met veel akelige vervorming.

Omstreeks die zelfde tijd werd ook de FM-radio geintroduceerd, waardoor de middengolf luisteraars geconfronteerd werden met echte hoge tonen en daar vaak heel erg van schrokken. Bovendien hadden die eerste FM ontvangers geen, of een matig werkende automatische afstemming. Een FM ontvanger die "naast de zender" afgestemd is geeft een schor geluid met scherpe slissende S-en en andere duidelijk hoorbare tekortkomingen.
Veel van deze spullen kwamen uit Japan, en dat was in die tijd synoniem met "goedkoop en van slechte kwaliteit". In de latere decennia is zowel het goedkope als de slechte kwaliteit van Japanse producten drastisch veranderd.
Uit die eerste tijd van transistor producten stamt waarschijnlijk de slechte naam. Het dient duidelijk te zijn dat dat tegenwoordig geheel ten goede gekeerd is.

Er zijn uitzonderingen

Bijv. bij gitaar versterkers en andere elektronische instumenten (Hammond orgel, Onde Martinau, Theremin etc.) maken bepaalde speciale (vervormings) eigenschappen van de versterker en luidspreker (behuizing) een wezenlijk deel uit van de geproduceerde klank. Hier is geen enkel bezwaar tegen, maar zulke apparatuur is niet geschikt en niet bedoeld voor het hifi weergeven van muziek in het algemeen.
Een Hammond-orgel met een Leslie box kan een fantastisch mooi geluid maken, maar een Beethoven symfonie is over zo’n systeem niet om aan te horen. Ook het omgekeerde geldt: als je die Hammond direct aansluit op een zeer goede HiFi installatie is het geluid ook niet echt fraai.
Het enige aspect dat hier voor buizen (eind) versterkers pleit is de omstandigheid dat die -bij een geschikt ontwerp- bij oversturing een wat mildere vervorming produceren. Transistor versterkers hebben meestal de eigenschap om bij een flink vermogen nog weinig vervorming te produceren, maar bij iets meer vermogen opeens erg veel en erg onaangenaam klinkende vervorming te leveren.

Voor een Hifi versterker geldt echter dat je die NOOIT mag oversturen, want IEDERE oversturings vervorming is onacceptabel.

Eindversterkers (versterkers die het vermogen voor de luidsprekers leveren)   
HET probleem hier is de uitgangstransformator, ook wel de luidsprekertrafo genoemd (Zie noot 1).
Bij buizenversterkers moet er zo goed als altijd een transformator gebruikt worden om de relatief hoge uitgangs impedantie van eindbuizen aan te passen aan de lage impedantie van de luidsprekers. (Zie noot 2 en 3)
Audio frequenties bestrijken een frequentie gebied van 20 Hz to 20.000 Hz. In verband met de tegenkoppeling die in HiFi versterkers nodig is om vervorming te beperken moet de uitgangstrafo goede (fase) eigenschappen hebben die zowel naar het laag als naar het hoog minstens tien en liefst honderd keer zo ver gaan, dus van 0.2 Hz tot 2 MHz.
Voor de lage frequenties is een grote zelfinductie nodig, oftewel veel primaire windingen. Voor hoge frequenties willen we geringe parasitaire capaciteiten, omdat die de HF-stabiliteit van de versterker in gevaar brengen. Deze eisen aan de transformator zijn nogal tegenstrijdig, en de praktijk is dat er slechts een matige tegenkoppeling gebruikt kan worden, met als gevolg dat de vervorming niet extreem laag gemaakt kan worden.
Hoewel moderne (ringkern) trafo's in vrijwel alle opzichten beter presteren dan de E-kern trafo's uit de 60-er jaren blijft de uitgangstrafo een dure en problematische component.
In een transistor versterker wordt geen uitgangstrafo gebruikt, daar is de luidspreker direct aan de uitgangstransistoren gekoppeld. Er kan daardoor sterkere tegenkoppeling gebruikt worden met een evenredig lagere vervorming en betere demping van de luidspreker(s).

 

Noot 1: Op zich is er niet zo'n probleem met transformatoren in de audio keten; kleine trafotjes werden en worden veelvuldig gebruikt in de microfoon-keten, ook bij opnames van zeer hoge kwaliteit, en ook bij elektrostatische luidsprekers -die als kwalitatief hoogstaand bekend zijn- komen we bijna altijd een trafo tegen. De moeilijkheden komen als er tegenkoppeling "over de trafo" plaats vindt. Er is mede om deze reden een school ontstaan die tegenkoppeling als zodanig afwijst. Dat is natuurlijk het paard achter de wagen spannen; het probleem is niet de tegenkoppeling, maar de transformator met z'n fase verschuivingen in een tegengekoppeld systeem. 

 

Noot 2: Midden 60-er jaren is er door Philips een poging gedaan om een buizen versterker direct te koppelen aan de luidspreker. Er is daarvoor een speciale eindbuis ontwikkeld,  EL86 die in een speciale schakeling samen met een EL84 een uitgangsimpedantie leverde van ongeveer 1 KOhm. Daarnaast had Philips enkele types dubbelconus luidspreker met een impedantie van 800 Ohm op de markt gebracht. Met deze combinatie is o.m. een serie "Plano" radio's uitgerust, een beetje brede, lage kast, FM-stereo, met de luidsprekers aan de beide zijkanten. De 800 Ohm techniek is niet gebleven. De buizen werden vervangen door transistoren en daarmee verdween de wens voor hoogohmige luidsprekers. 

 

Noot 3: Er bestaan eindversterker schakelingen die een 8- of 16 Ohm luidspreker kunnen aansturen zonder een uitgangstransformator te gebruiken. Dit zijn de z.g. OTL schakelingen van "Output TransformerLess". In zulke schakelingen wordt een flink aaantal buizen parallel geschakeld om voldoende stroom aan de luidspreker te kunnen leveren. Dat betekent nog meer dure buizen. Een bijkomend nadeel is dat zulke schakelingen lastig symmetrisch te maken zijn, zoals de diverse balans schakelingen. Die symmetrie is gewenst om de doorgaans belangrijkste 2e harmonische vervorming te onderdrukken.
Bij transistoren hebben we complementaire versies, alles hetzelfde, alleen de spanningen en stromen zijn omgekeerd. Bij buizen bestaan zulke complementaire versies niet.

 

Noot 4: In verband met (buizen) versterkers laait er vaak discussie op over even- en oneven harmonischen. Buizen zouden juist de ene vorm produceren en transistoren de andere en de een zou lelijk klinken en de ander mooi, of net andersom....

Deze beweringen zijn op z'n zachtst gezegd onzorgvuldig.  Zowel buizen als transistoren produceren even en oneven harmonischen en het hangt van de schakeling af welke er vooral optreden. Symmetrische schakelingen onderdrukken vooral de even harmonischen waarvan de tweede meestal de sterkste is. Bij buizen kom je dan bij de balansversterker terecht, terwijl transistor versterkers bijna altijd in hoge mate symmetrisch = complementair gebouwd worden.

 

Over de lelijkheid van de diverse harmonischen heb ik iets in het hoofdstuk over vervoming geschreven.

De dicussies over harmonischen gaan ook voorbij aan een veel belangrijker aspect, nl. dat harmonischen productie altijd gepaard gaat met intermodulatie vervorming, het ontstaan van som-en verschil frequenties. Dat is altijd veel erger, want zulke frequenties passen bijna nooit bij het spectrum aan boventonen van de muziekinstrumenten, ze klinken vals.

Buizenversterkers vertonen een andere soort vervorming

Er wordt nog wel eens het argument gebruikt dat een buizenversterker bij oversturing minder snel onaangenaam klinkende vervorming produceert. Op zich is dat niet geheel bezijden de waarheid, maar....

Buizenversterkers vertonen minder overneem vervorming (cross-over distortion)

Bij veel buizen eindversterkers is de overneem vervorming geringer dan bij sommige transistor versterkers.

Dit is 1 van de weinige valide argumenten die vóór buizenversterkers pleiten, zij het dat een zo goed als afwezige overneem vervorming ook met transistor versterkers goed gerealiseerd kan worden. Je moet er wel expliciet en mogelijk wat meer aandacht aan besteden.

Regelversterkers

Een regelversterker in buizentechnologie is simpelweg onnodig duur, groot, en energieverslindend.
Kortom, mogelijk net zo goed, maar wel veel geld weggegooid.
In de afgelopen jaren zijn er geintegreerde circuits speciaal voor audio toepassingen op de markt gekomen met extreem lage vervormings cijfers, zelfs bij geringe tegenkoppeling. De kosten hiervan zijn aanzienlijk lager dan die van buizen.

Voorversterkers

Ik doel op voorversterkers voor microfoons en (vinyl) platenspelers e.d.
Het gebruik van elektronenbuizen heeft hier slechts nadelen. De ruis-eigenschappen van elektronenbuizen zijn altijd slechter dan die van goed gekozen transistoren. Buizen vertonen meestal microfonie, d.w.z. dat aanraken van de voorversterker een bijgeluid oplevert.
In de afgelopen jaren zijn er geintegreerde circuits speciaal voor audio toepassingen op de markt gekomen met extreem lage ruis en extreem lage vervorming. De kosten hiervan zijn aanzienlijk lager dan die van buizen.

Radio ontvangers

Het is merkwaardig dat er op dit gebied geen enkel aanbod van buizen apparatuur is. Zou het hier met buizen misschien ECHT niet beter gaan dan met transistoren? -;)

CD-spelers ;-)

Een CD-speler die geheel gebaseerd is op buizen technologie zou een hoeveelheid manshoge kasten innemen die met enige moeite in een standaard klaslokaal kunnen. Het aangrenzende klaslokaal is dan nodig om de koelings apparatuur op te bergen en de transformator die nodig is om de installatie aan te sluiten op het hoogspanningsnet. (Wegens het benodigd vermogen kan zo'n Cd-speler niet op het gewone lichtnet aangesloten worden)

Nog wat over en in verband met de uitgangs transformatoren.

In bijna alle eindversterkers met buizen vind je een uitgangstransformator, ook wel luidsprekertrafo genoemd. Deze trafo is verantwoordelijk voor een flink aantal problemen die met buizenversterkers samenhangen.

Een reactie

Dag Jan,

Er loopt wat rond in hifi-land... De hype rond high-end heeft inderdaad bij heel wat mensen niet meer te maken met het beluisteren (en genieten van) muziek maar wel met het gedweep met allerlei getallen (en niet in het minst met hoeveel alles dan gekost heeft). Gebruikers van lampenbakken worden veel sneller dan die die voor torren kiezen, opgezadeld met het 'negatieve' high-end-label. Spijtig genoeg is dit vaak ten onrechte.

Je raadt het al zelf heb ik ook iets met buizen. Niet dat ik een van die jongens ben die bij hoog en bij laag beweert dat dit de enige echte ultieme sound zou zijn, verre van. De liefde voor buizenbakken komt dan ook niet van de cijfertjes die er mee te halen zijn maar wel van andere argumenten. Als kind had ik maar heel weinig zakgeld ter beschikking. Omdat elektronica me aantrok, was ik vaak aangewezen op recyclage. Menig tv- en radiotoestel is door mijn handen gegaan en jawel dat waren toen volop buizenbakken.....

Verder kan je doorgaans niet ontkennen dat de schema's, zelfs van klassetoestellen, vaak toch een stuk eenvoudiger blijven dan die met torren. Waarom aandraven met moeilijker schema's als een meer dan acceptabel geluid kan met eenvoudige? De opbouw van die toestellen is makkelijker (chassis ipv print, grotere onderdelen, ...) en ook het vervangen van een defecte component kan sneller (zeker voor dikkere vingers...).

De aanschaf van een buizenbak is een behoorlijk stuk duurder dan een vergelijkbaar toestel met torren. Maar een zelfbouwer heeft daar veel minder last van (niet de componenten maar vooral de arbeidstijd zorgt voor de exuberante prijzen). Het leuke aan de hype rond high-end is dat er weer volop kwalitatief goede buizen en hoogspanningscondensatoren worden gemaakt en daar kan een zelfbouwer natuurlijk zijn voordeel mee doen.

Heel wat sites over high-end lopen over van allerlei tips die zouden leiden naar een betere klank. Je kan moeilijk anders dan toegeven dat een aantal spelregels effectief waar zijn, maar die zijn eigenlijk ook geldig voor een opbouw met torren (aardlusen vermijden, goed soldeerwerk afleveren, kwalitatief goede componenten kiezen ipv dumpgerief, ...). Maar je hebt gelijk er zijn grenzen. Laat me bv. eerlijk wezen het verschil tussen koper en zilver is niet aan mijn oren besteed (bij wie wel eigenlijk?) m.a.w. koperdraden zijn zeker ok.

Natuurlijk weet je ook best waarmee je speelt want het spanningsniveau ligt op zijn zachtst gezegd een 'gevaarlijk' stukje hoger. Ik geef dus grif toe: het is een stuk nostalgie dat meespeelt veel meer dan de cijfertjes.

Ik moet overigens bekennen dat ik torrengeluid best kan smaken want je geeft het ook aan op jouw site: het blijft uiteindelijk de muziek waar het om moet gaan. Laat duidelijk wezen: niet elke buizenfan flipt. Werken met buizen of torren zou uiteindelijk voor iedereen hetzelfde doel moeten hebben: muziek weergeven op een correcte en op een aangename wijze (maar dit laatste is uiteraard subjectief).

Overigens stel je terecht dat de aandacht vooral moet uitgaan naar de zwakste schakel van de audioketen. Dit is nog steeds die die elektrische energie omzet naar geluid, de luidspreker dus. Misschien is er wel ergens een plaatsje op jouw site om toch even duidelijk te maken dat niet elke buizenliefhebber per definitie een flippende high-ender is!

 

met vriendelijke groet,

 

Wim

 

Bedankt Wim, ik ben het bijna geheel met je eens.

 

Maaruhh, een goede uitgangstransformator kost tussen de € 200 en 300 (ik denk even aan Menno van der Veen). Voor een klein beetje meer heb je een 3-kanaals torrentrap met actief wisselfilter en voeding. (kijk bij Remo) en dan hoef je ook nauwelijks iets te solderen.....

 

 

Reactie Bob Donselaar

Toch zou ik je het volgende punt ter overweging willen aanreiken.
Zoals bekend heeft een radio-buis een ingangskarakteristiek die het best is te beschrijven als Ia = aVg^(1,5) + b. Voor een transistor versterker geldt: Ic = Io.e^(qV/kT).
Er is dus een duidelijk verschil in ingangskarakteritiek tussen beide versterker elementen. Wanneer je deze karakteristieken uitschrijft als een Fourier reeks, blijken de
coëfficiënten van de harmonische bij de transistor karakteristiek in het algemeen groter dan bij de buizen karakteristieken. Hiermee is aangetoond dat een transistor
versterker principieel meer vervorming produceert dan een buizen versterker.
Dit verhaal geldt voor een ‘kale’ versterkertrap, zonder tegenkoppeling, die je in geen enkele versterker zo zult aantreffen. Bij buizen-versterkers past men over het algemeen
enige (lokale) tegenkoppeling toe m.b.v. de kathode weerstand, en ook een klein beetje globale tegenkoppeling van de uitgang naar de ingang, hoewel men met dit laatste
enigszins terughoudend is i.v.m. de fasedraaiingen in de uitgangstransformator, zoals je terecht opmerkt. 

Bij transistor versterkers is de lokale terugkoppeling doorgaans veel sterker m.b.v. de emitter weerstand en ook door directe tegenkoppeling vanuit de collector naar de basis.
Door het ontbreken van ‘onberekenbare’, fasedraaiende elementen (lees: uitgangstransformator) past men bij transistor versterkers bovendien veel meer globale tegenkoppeling toe, hetgeen ten goede komt aan de totale frequentie karakteristiek, zowel aan de hoge als aan de lage zijde (goede dempingsfactor, zoals je terecht opmerkt).

Bij goed ontworpen buizen- en transistor-versterkers hoeft er daarom in het midden van de audio-frequentie karakteristiek weinig of geen verschil te zijn in de kwaliteit van weergave voor (semi-)continue signalen.
Voor discontinue en sprong-signalen, kunnen echter duidelijk onderscheidbare responsies optreden tussen versterkers met hoge, globale tegenkoppeling t.o.v. lage. Een signaal met een sterk discontinu karakter zal een versterker met sterkere globale tegenkoppeling een duidelijk andere sprong karakteristiek geven, omdat de (sterke, globale) tegenkoppeling ‘te laat’ komt om ‘het ontbrekende deel’ van het signaal te compenseren en daarmee de frequentie karakteristiek weer recht te trekken. Voor de responsie worden dan eigenschappen van elke versterkertrap afzonderlijk belangrijker, waarbij de overdracht karakteristieken (en de harmonische reeksen hiervan, zie boven) een grotere rol gaan spelen.

Een versterker die zijn goede eigenschappen vooral van de globale tegenkoppeling moet hebben, is dan in het nadeel.  Zo’n versterker klink daardoor wat ‘ruwer’ (meer signaal in de harmonische reeks) dan een versterker met minder sterke, globale tegen koppeling. Dit verschil in responsie is in blinde proeven herhaaldelijk vastgesteld rond de jaren ’80 bij ‘een gloeilampen fabriek’ en ook op het lab van de (toenmalige) NOS, waarbij de proefpersonen eenduidig de verschillen konden aanwijzen.

Doorgaans hebben buizenversterkers deze mindere, globale tegenkoppeling en klinken dan wat ‘gladder’ voor deze specifieke signalen.
Dat is ook de reden waarom men bij de betere transistor versterkers is teruggekomen van sterke, globale tegenkoppeling, en liever de lokale tegenkoppeling wat sterker maakt. Voor een hoge dempingfactor wordt dan teruggekoppeld over een zo klein mogelijk deel van de eindtrap.

Verder zijn alle opmerkingen t.a.v. buizen vs transistor versterkers als in jouw web-site volkomen op hun plaats en heeft een werkelijke liefhebber van goede audio weergave de buizen versterker al lang achter zich gelaten.