Bassics

(Bijna) alles wat u wilde weten over basversterking

  1. De basluidspreker: opbouw en grootte
  2. De belastbaarheid van basluidsprekers: fabels en feiten
  3. Luidsprekermagneten
  4. Het belang van juiste kastmaten om staande golven te voorkomen
  5. Het superieure basreflexsysteem
  6. De plaatsing van luidsprekerkasten
  7. Basversterking: buis of transistor?
  8. Instrumentkabel
  9. Luidsprekerkabel
  10. Vermogen en belastbaarheid
  11. Signaalversterking en oversturing
  12. Rendement en geluidsdruk
  13. Klasse-D versterkers

1 De basluidspreker: opbouw en grootte

lsdoorsnede

De luidspreker heeft zonder twijfel de grootste invloed op je basgeluid. Natuurlijk bestaan er (goedkope) basversterkers die je geluid beïnvloeden zonder dat je dat wilt, maar luidsprekers doen dat eigenlijk altijd, de ene wat meer dan de andere. Dat is niet te vermijden. Soms levert dat een karakteristieke sound op die hoort bij dié specifieke luidspreker of dát specifieke merk, maar veel bassisten willen toch dat luidsprekers het geluid van hun bas niet te sterk verkleuren. In de figuur zie je een doorsnede van een luidspreker.

Basluidsprekers variëren sterk in grootte. Die grootte wordt meestal aangegeven in inches (1 inch = ongeveer 2,5 cm). De voor bassisten gangbare maten variëren van 10” tot 15”, alhoewel fabrikanten soms ook grotere en kleinere gebruiken . In het algemeen is het zo dat een kleinere luidspreker minder goed is in het weergeven van zeer lage tonen, maar beter in het weergeven van hoge tonen. Voor een 15” luidspreker geldt het omgekeerde. Dat heeft te maken met de grootte van de “moving mass”, het gewicht van de conus plus spreekspoel. Grote luidsprekers hebben relatief zware conussen vanwege het grotere conusoppervlak.

Kleine luidsprekers met een lichte conus zijn beter in staat het geluid te ‘volgen’ vanwege hun relatief lichte conus, ze zijn ‘sneller’. Bassisten die veel ‘slappen’ gebruiken daarom graag kleine speakers van bijvoorbeeld 10”. Wil je (ook) veel laag met een grote geluidsdruk dan moet je een grote luidspreker gebruiken. Kleine en grote luidsprekers vullen elkaar dus aan, vandaar dat een luidsprekerstack vaak bestaat uit meerdere kleine en een grote luidspreker, zoals 2×10” en 1×15”. Overigens zijn de verschillen tussen luidsprekers van dezelfde grootte vaak net zo groot als die tussen een 10” en een 15”. Sommige 10” speakers kunnen een lage B goed weergeven, terwijl andere al grote moeite hebben met een lage E.

Een goede basluidspreker moet stijf zijn, dat wil zeggen geen ongecontroleerde bewegingen gaan maken. Dat geldt in de eerste plaats voor het frame waarin alles opgehangen is. Vandaar dat je steeds vaker gegoten aluminium frames tegenkomt, die veel stijver zijn dan de oude plaatstalen frames. De ophanging van de conus moet ook stijf zijn. omdat het bassignaal zeer impulsrijk is en de conus anders de neiging heeft te ver uit te schieten.

De conus is vrijwel altijd gemaakt van papier. Ondanks de opkomst van ander conusmateriaal zoals carbon, kevlar en polypropyleen blijkt papier vaak (en voor bassisten heel vaak) over superieure eigenschappen te beschikken. Het materiaal mag niet te dun worden want dan ontstaat er zogenaamde ‘cone-breakup’ waarbij de conus gaat flapperen. De magneet speelt ook een belangrijke rol in de stijfheid van het systeem. Die magneet zet immers niet alleen de conus in beweging, maar zorgt er voor dat de conus niet te ver door schiet. Zowel voor het ene als voor het andere heb je een goede (=zware) magneet nodig.

2 Belastbaarheid van luidsprekers

Regelmatig wordt ons tijdens het uitproberen van Hevos apparatuur gevraagd hoe het komt dat onze luidsprekerkasten zo goed klinken, zelfs ten opzichte van buitenlandse topmerken. “Waarom kunnen die andere merken dat niet?” is dan de vraag. Het antwoord is simpel: natuurlijk kunnen die andere (grote) firma’s ook wat wij kunnen. Bedrijven als SRW, Eden en Glockenklang hebben vaak een researchafdeling waar wij (Nederlands tweemansbedrijfje) onze vingers bij aflikken. Daar zit ‘t hem dus niet in.

Hevos gebruikt luidsprekers die voor sommige andere fabrikanten veel te duur zouden zijn. En dat hoor je. Mooi verhaal zult u zeggen, maar hoe zit dat dan met die luidsprekers?

Bij basluidsprekers is de belastbaarheid erg belangrijk. Er zijn voor gebruik bij basversterking 2 typen belastbaarheid van groot belang: alle fabrikanten geven de RMS of AES belasting op. Dat is een maat voor de continue thermische belastbaarheid, het vermogen van de luidspreker om de warmte af te voeren. Dat is onder andere sterk afhankelijk van de doorsnede van de spreekspoel van de luidspreker. Deze moet immers de opgewekte warmte kwijt vóórdat de lijm van de spreekspoel smelt! Wij gebruiken altijd luidsprekers die een hoge thermische belastbaarheid hebben, zoals de 10″ luidspreker in de nieuwe 4×10″ luidsprekerkast, die maar liefst 400 Watt continu thermisch belastbaar is!

De tweede soort belastbaarheid (en voor bassisten minstens zo belangrijk als de eerste !) is de Xmax, de maximale uitslag van de conus vóórdat vervorming optreedt. En daar zit ‘m vaak de crux. Luidsprekers met een lange spreekspoel kunnen verder uitwijken zonder dat vervorming ontstaat dan die met een korte spreekspoel. Het voordeel van een korte spreekspoel is echter dat je met veel minder magneetmateriaal toch een hoge geluidsdruk kunt creëren. Maar o wee als je deze luidspreker stevig belast! Dan gaat hij erg naar klinken. U kent het verschijnsel waarschijnlijk wel. Magneetmateriaal is verreweg het allerduurste aan een luidspreker. Dus wordt dáár op beknibbeld om een luidsprekerkast betaalbaar te houden: de spreekspoel moet dan wel kort zijn om het rendement hoog te houden!

En dát doen we bij HEVOS nu juist niét. We gebruiken luidsprekers met lange spreekspoelen en zware magneten. Vandaar dat onze luidsprekers ook bij zeer hoge belastingen strak en zuiver blijven klinken. Kunst blijft natuurlijk wel om een goede en lichte kast voor die luidsprekers te ontwerpen. Overigens gebruiken we vrijwel uitsluitend Hevos luidsprekers die naar onze eigen maatstaven zijn ontworpen.

3 Luidsprekermagneten

12inch

De “motor” van elke luidspreker is de magneet. De magneet zorgt er voor dat de conus van de luidspreker beweegt als er door de spreekspoel van de luidspreker een stroom loopt. Een “zware” (=sterke) magneet heeft de voorkeur boven een lichte, omdat een sterke magneet niet alleen goed in staat is om de conus te laten bewegen, maar hij zorgt er ook voor dat de beweging van de conus het bassignaal volgt. De conus heeft immers de neiging om een beetje “door te schieten” als hij naar buiten of binnen beweegt. Een sterke magneet houdt dergelijke ongewenste uitslingeringen beter in toom dan een lichte. Bovendien kan, zoals we al hiervoor zagen, bij de toepassing van sterke magneten de spreekspoel lang zijn, wat vervorming voorkomt.

De magneten die in luidsprekers gebruikt worden zijn alle legeringen van diverse metalen. De bekendste magneettypen zijn Aluminium-Nikkel-Kobalt (Alnicomagneten), Strontium-IJzer (ferriet- of keramische magneten), Neodymium-IJzer-Boron (Neodymium magneten), en Samarium-Kobalt. De laatste 2 staan ook wel bekend als zogenaamde “rare earth” magneten. Hoewel veel gitaristen zweren bij het gebruik van Alnico magneten worden deze bij basversterking eigenlijk niet gebruikt. Het materiaal raakt snel verzadigd en vervormt het signaal dan sterk, iets wat door gitaristen vaak gewenst is maar bij basversterking voorkomen dient te worden. De meest gebruikte magneettypen bij basversterking zijn de ferriet magneet en de laatste jaren populair geworden neodymium magneet. De neodymium magneet heeft als voordeel dat hij bij gelijke magneetsterkte veel kleiner is dan een ferriet magneet. Het volume van een ferrietmagneet is bijna 10x zo groot als van een neodymiummagneet.

Dat heeft tot gevolg dat een ferriet magneet veel zwaarder is dan een neodymium magneet. Vooral bij gewichtsbesparend bouwen van basluidsprekerkasten en combo’s kan dat interessant zijn. Maar elk voordeel heeft z’n nadeel. Niet alleen zijn neodymium magneten aanmerkelijk duurder dan ferriet magneten, ze zijn ook veel gevoeliger voor hogere temperaturen. Onder normale omstandigheden gan magneten een levenlang mee. Een magnetismeverlies van ongeveer 1% per jaar is normaal. Maar boven een bepaalde kritische temperatuur neemt het magnetisme van een luidspreker snel af. Voor ferriet magneten is die kritische temperatuur 300 °C, maar voor neodymium magneten is die temperatuur veel lager, namelijk 140 °C. Wordt de temperatuur van de magneet hoger dan die kritische temperatuur dan neemt het magnetisme snel af, en daarmee de bruikbaarheid van de luidspreker. De genoemde temperaturen lijken abnormaal hoog voor een luidspreker, maar ze zijn het beslist niet! Bedenk dat en doorsnee basluidpreker een rendement van maximaal 4% heeft. Dat betekent dat minimaal 96% van het toegevoerde vermogen in warmte omgezet wordt! Twee basluidsprekers die elk met 500 Watt belast worden leveren dus de warmte van een volwassen elektrisch kacheltje!

Koeling is daarom voor elke luidspreker bittere noodzaak. Maar voor neodymium luidsprekers is het zelfs een eerste voorwaarde, gezien de kritisch temperatuur van 140 °C. Regelmatig komt het voor dat fabrikanten luidsprekers met neodymium magneten leveren (neodymium is “in”) zonder zich te bekommeren om de vraag of de luidsprekers wel goed gekoeld zijn. De gevolgen zijn dan naderhand voor de klant. Hevos maakt ook van neodymium luidsprekers gebruik, met name in de grotere combo’s omdat daar het totaalgewicht een grote rol speelt. Alle luidsprekers die Hevos gebruikt zijn zeer goed ontworpen en hebben geen last van oververhitting onder normale omstandigheden. Waar het totaalgewicht het toelaat en we tevreden zijn over het geluid gebruiken we ferriet luidsprekers. De luidsprekers zijn dan weliswaar zwaar, maar dat wordt gecompenseerd doordat Hevos zeer lichte kasten bouwt.

4 Staande golven en kastmaten

De meeste luidsprekerkasten hebben 2 of meer parallelle wanden, waartussen staande golven kunnen ontstaan. Staande golven ontstaan als de afstand tussen 2 wanden even groot is of een veelvoud van de halve golflengte van een geluidsgolf. Zeer lage tonen met een relatief lange golflengte zullen dus in een relatief kleine kast geen staande golven kunnen opwekken. Maar dat verandert met het stijgen van de toonhoogte doordat de golflengte afneemt.

Nu zijn staande golven op zich niet zo erg. Ze worden pas storend in het geluidsbeeld als er clusters van staande golven ontstaan bij bepaalde toonhoogten. Zo is in onderstaande grafiek te zien dat in de buurt van 435 Hz, 545 Hz en 710 Hz clusters van staande golven ontstaan. En die kunnen erg storend zijn voor het geluidsbeeld. De kast klinkt niet goed. Zoals in de eerste grafiek te zien is neemt logischerwijze het aantal staande golven toe met de frequentie. Boven de 1000 Hz zijn die goed weg te werken met efficiënte demping van de kast, maar onder de 1000 Hz is dat nauwelijks mogelijk.

pop1

Hoe zijn dergelijke clusters dan te voorkomen? Door de kast goed te dimensioneren. In onderstaande grafiek is één zijde van de kast 4 cm korter gemaakt, en zoals te zien is is het resultaat al veel beter. De staande golven zijn beter over het frequentiespectrum verspreid en daardoor nauwelijks meer waarneembaar in het geluidsbeeld. Door nauwkeuriger dimensionering van deze kast kan het resultaat nog beter worden.

pop2

Uiteraard houden wij bij Hevos rekening hiermee als we een kast ontwerpen. Dat komt dan vaak tot op 1 mm nauwkeurig. Bovendien geven we onze basreflexpoorten altijd een conische vorm om staande golven in de poort tegen te gaan. De andere zijde van de poort doet dienst als kastwand, en vanwege zijn schuine stand zullen er minder staande golven ontstaan dan in een conventionele kast. Het resultaat is dat onze kasten altijd clean en open klinken. Bovendien hoeven we als bijkomend voordeel onze kasten slechts minimaal te dempen. Voor een basreflexsysteem is dat gunstig.

5 Basreflexkasten

Hevos gebruikt voor al zijn luidsprekers kasten van het type basreflex. Een basreflexkast is een luidsprekerkast met een zogenaamde poort of tunnel. Deze poort zit meestal aan de voorzijde (soms aan de achterzijde) en verbindt het inwendige van de kast met de buitenlucht. Hieronder is een schematische doorsnede van een Hevos basreflexkast. Onder in de kast is de poort of “vent”  te zien. Die vormt bij Hevoskasten één geheel met de kast.

doorsnede basreflex

Ten onrechte wordt wel gemeend dat een basreflexpoort er slechts zorg voor draagt dat de geluidsenergie (=bewegende lucht) binnen in de kast “er uit kan”. De werkelijkheid is wat ingewikkelder. De luchthoeveelheid in de poort wordt bij een bepaalde frequentie “aangestoten” door de geluidsenergie die aan de achterzijde van de luidspreker vrijkomt, en gaat dan resoneren. De kunst is om deze luchtmassa op het juiste moment en op de juiste frequentie in trilling te brengen. Daarbij zijn de plaatsing van de poort en de doorsnede en de diepte van de poort bepalend. Binnen bepaalde grenzen kan de ontwerper zelf bepalen op welke frequentie de poort getuned is.

Door het in resonantie raken van de luchtmassa in de reflexpoort wordt extra geluidsenergie afgestraald. Hieronder staan enkele grafieken die een en ander verduidelijken:

1

In de bovenste grafiek wordt het frequentieverloop weergegeven van een gesloten kast. De zogenaamde roll off, het afvallen van de geluidsdruk aan de linkerzijde is voor gesloten kasten 12 dB/octaaf. Deze roll off begint bij de blauwe pijl. Bij welke frequentie dat gebeurt is voor elke luidspreker anders. Bij grote luidsprekers begint de roll off meestal bij een lagere frequentie dan bij luidsprekers met een kleinere diameter.

2

In de tweede grafiek is het frequentieverloop getekend van dezelfde luidspreker, maar dan geplaatst in een basreflexkast. Zoals te zien is levert de poort binnen een smalle band geluidsdruk, met een maximum op F-poort, de blauwe pijl. Dit is de afstemfrequentie van de poort. De totale geluidsdruk van de kast wordt weergegeven in de grafiek hieronder.

3

De stippellijn is de optelsom van de rechtstreekse geluidsdruk die door de luidspreker aan de voorzijde wordt uitgestraald en de geluidsdruk van de poort. Duidelijk is te zien dat het frequentieverloop zeer gelijkmatig is, en dat pas beneden de afstemfrequentie van de poort de geluidsdruk steil afvalt, met 24 dB/octaaf. Een dergelijke afstemming is gebruikelijk voor hifi-luidsprekerkasten. Bij een andere afstemfrequentie van de poort krijgt het totale frequentieverloop een vaak grilliger karakter, zoals te zien is op onderstaande grafiek. Soms wordt dit toegepast om een zogenaamde pseudo-bas te creëren: er ontstaat op een voor de mens gevoelig gebied, tussen 70 en 100 Hz een bult in de weergavekarakteristiek. Niet-kritische luisteraars zullen vinden dat deze kast veel laag weergeeft. Dergelijke afstemmingen worden vaak gebruikt om te verbergen dat de luidspreker te weinig laag weergeeft.

5

De afstemming van de poort hangt nauw samen met de gebruiksdoeleinden van de luidsprekerkast. Voor een kast die gebruikt wordt voor het weergeven van een basgitaar of contrabas is een recht verloop van de weergavekarakteristiek minder belangrijk dan bijvoorbeeld de belastbaarheid van de luidspreker bij zeer lage frequenties. Daarin schuilt het ‘geheim’ van een goed afgestemde baskast.

De voordelen van een basreflexkast zijn:

  • De conus van de luidspreker hoeft voor dezelfde geluidsdruk een minder grote uitslag te maken als in een gesloten kast. Daardoor ontstaat er een geringere modulatievervorming en een grotere belastbaarheid.
  • De kast heeft een lagere grensfrequentie dan een gesloten kast; hij geeft dus lagere tonen weer.
  • Een hoger rendement (theoretisch 3 db)
  • Steile roll off van 24 dB/octaaf.

Zoals een bekende ex-voetballer/trainer al zei: elk voordeel heeft z’n nadeel. Dat is voor reflexkasten niet veel anders. De nadelen en de oplossingen van Hevos zijn:

  • Onder de afstemfrequentie een zeer snelle afname van de belastbaarheid. Reden waarom Hevos zijn poorten zó laag afstemt dat zonder problemen zelfs de lage B snaar van een vijfsnarige bas weergegeven wordt.
  • Slechts een geringe demping in de kast is toegestaan. Dat is geen probleem bij Hevoskasten omdat de optimale kastmaten door een zelf ontwikkeld computerprogramma berekend worden en er daardoor nauwelijks inwendige demping nodig is.
  • Staande golven in de poort. Poorten in Hevoskasten zijn wigvormig of conisch zodat geen staande golven ontstaan.
  • Mogelijk windgeruis in de poort. Hevos poorten hebben ruime dimensies. De randen van poorten in Hevoskasten worden bovendien afgerond om geruis tegen te gaan.

Kortom , bij juiste dimensionering is het basreflexsysteem voor de weergave van basgitaar en contrabas superieur. Overigens wordt door veel fabrikanten uit kostenoverwegingen een plastic poort gebruikt, van het type zoals hieronder is afgebeeld. Een van de nadelen daarvan is dat de kast niet goed af te stemmen is.

poort

6 De plaatsing van luidsprekerkasten

De plaatsing van luidsprekerkasten is van grote invloed op de weergave van met name de lage tonen. Bij de afstraling van geluid door een luidspreker treedt er in mindere of meerdere mate zogenaamde “bundeling” van geluid op. Vooral hogetonenluidsprekers zoals tweeters stralen het geluid in een vrij smalle bundel naar voren. Dit verschijnsel is goed waarneembaar: achter de kast ontbreken de hoogste tonen in het totaalgeluid. Tonen met een hoge frequentie worden gebundeld afgestraald wanneer de golflengte van de afgestraalde toon gelijk is of kleiner dan de diameter van de luidspreker. Het meeste geluid wordt dan afgestraald loodrecht op de luidspreker.

Echter: hoe lager de tonen , des te meer wordt het geluid gespreid afgestraald. Bij de laagste tonen van een bas is er zelfs geen enkele sprake meer van bundeling en straalt de luidsprekerkast alle kanten op. Daarom is de plaatsing van een subwoofer in de ruimte, altans voor wat de richtinggevoeligheid betreft, veel minder kritisch dan van midden-en hogetonenluidsprekers. Een 15” basluidspreker heeft een diameter van nog geen 40 cm, terwijl een lage E een golflengte heeft van 340/42 = ruim 8 meter! Natuurlijk speelt de grootte van de luidsprekerkast ook een rol, maar zelfs de grootste Hevos kasten zijn zeer klein vergeleken met deze golflengte.

Mag de plaatsing van lagetonenluidsprekers voor wat betreft de richtingsgevoeligheid niet kritisch zijn, voor wat betreft de uitgestraalde energie is het omgekeerde het geval! Voor de laagste tonen straalt het geluid bolvormig af, dus alle kanten op. Deze bolvormige afstraling is echter slechts mogelijk tot een bepaalde frequentie, die afhangt van de grootte van de luidspreker. Een 15” basluidspreker kan dat tot ongeveer 900 Hz.

ls1

Als je een lagetonen luidsprekerkast op de grond zet, dan kan als gevolg daarvan de kast de lage tonen niet meer naar beneden afstralen. De afstraling krijgt noodgedwongen een halfbolvormige afstraling (halfspace). Omdat de geluidsenergie die de luidsprekerkast uitstraalt gelijk blijft, betekent dat de totale geluidsenergie in de halfbolvormige ruimte verdubbeld is ten opzichte van een bolvormige afstraling. Dat is een winst van 3 dB, oftewel 2x zo veel laag! Hetzelfde effect treedt op als de kast strak tegen een muur wordt geplaatst.

Plaats je de luidsprekerkast op de grond én tegen een wand dan is de ruimte gekrompen tot een kwart bol, en stijgt de geluidsenergie met nog eens 3 dB. Dezelfde kast op de grond en in een hoek geplaatst levert nogmaals een verdubbeling van het laag op.

ls2

Wat is nu de beste plaats voor een basluidsprekerkast? Als je heel veel “gratis ” laag wilt zet je je kast op de grond in een hoek. Maar misschien is dat wel teveel van het goede en wordt je geluid daardoor ongedefinieerd. Veel hangt ook af van de akoestische eigenschappen van de zaal waar je optreedt. In sommige ruimtes lijkt haast geen bastoon te creëren, terwijl in andere ruimtes je een overvloed aan bas hebt, daarbij wellicht ook nog geholpen door een meetrillende houten vloer. Kortom, er is geen standaard antwoord te geven op de vraag wat de beste opstelling voor je basluidsprekers is. De kast op een stoel of tafel zorgt er in elk geval voor dat je veel laag verliest!

Het stapelen van kasten heeft een soortgelijk effect als hierboven beschreven. Dit effect, de zogenaamde akoestische meekoppeling, zorgt er voor dat je zo’n 3 dB extra (laag) geluid uit bijvoorbeeld 2 gestapelde luidsprekerkasten krijgt. Dit komt doordat de luidsprekers in beide kasten dezelfde synchrone conusuitslag vertonen, maar gezamenlijk het dubbele conusoppervlak hebben. Aangezien het afgestraalde vermogen stijgt met het kwadraat van het conusoppervlak, krijg je 6dB winst, waarvan 3dB afkomstig is van de verdubbeling van het opgenomen vermogen uit de versterker. Als je dus 2 kasten met elk 2×10” luidsprekers op elkaar stapelt krijg je 3 dB extra laag, vergeleken met niet-gestapelde kasten. Vandaar dat je voor zaalversterking bij grote optreden altijd “stacks” van luidsprekerkasten ziet.

7 Basversterking : buis of transistor

buis

Het signaal dat van je bas komt zal versterkt moeten worden om voldoende geluidsdruk te kunnen produceren. In een basversterker zijn de componenten die deze versterking voor hun rekening nemen de buis en de transistor. Eigenlijk is halfgeleider een betere benaming voor de laatste: er zijn behalve de transistor immers ook nog andere halfgeleiders, zoals MOSFET’s en FET’s en allerlei geïntegreerde halfgeleiders zoals CMOS-IC’s . Om het simpel te houden zullen we hier over de transistor spreken als we het over halfgeleiders hebben. Beide typen, de buis en de transistor, hebben zo hun specifieke voor- en nadelen. De buis is verreweg de oudste van de twee. Dat dit product uit de 19e eeuw het tot nu toe uitgehouden heeft zegt natuurlijk veel over zijn kwaliteiten! Wel is de buis vanaf de jaren ’60 van de vorige eeuw in radio’s , tv’s en audioversterking in snel tempo door de transistor vervangen, maar in de instrumentversterking is hij eigenlijk nooit weg geweest. De laatste jaren is er zelfs in de hifi-versterking sprake van een revival van de buis, dank zij de toepassing van een aantal vernieuwingen die de buis in dit segment een tweede leven hebben ingeblazen.

Wat maakt de buis zo gewild? In de eerste plaats heeft de buis een zeer hoge inwendige weerstand, waardoor de signaalbron ( het element) slechts in zeer geringe mate belast wordt. Dat heeft een gunstig effect op de signaalkwaliteit. Die hoge inwendige weerstand zorgt er bovendien voor dat pulsvormige signalen aanzienlijk beter verwerkt worden dan door de transistor. En bassignalen zijn erg pulsvormig! Wordt de buis toch overstuurd dan doet hij dat met een voor het menselijk oor prettige klank, het zogenaamde “soft clipping”. Een ander aspect zijn de boventonen, die niet bewust hoorbaar zijn maar wel belangrijk voor de klankkleur van het geluid. De buis produceert vooral zogenaamde even (2e, 4e enz.) harmonischen of boventonen, die ‘ronder’ klinken dan de oneven harmonischen die de transistor produceert. Mensen vinden even harmonischen prettiger klinken dan oneven.

Nadelen heeft de buis natuurlijk ook, zoals zijn mechanische kwetsbaarheid, het grote gewicht bij hoge vermogens en de gevoeligheid voor instraling. Bovendien verouderen buizen, waardoor hun eigenschappen ongewild en ongecontroleerd veranderen. Van al deze dingen heeft de transistor echter geen last. Met transistoren zijn hoge vermogens te realiseren zonder dat de versterker ontilbaar wordt. En van veroudering of gevoeligheid heeft de transistor geen last. Bovendien hebben transistor-eindversterkers geen eindtransformator nodig, wat nogal wat problemen voorkomt. Eindtrafo’s zijn namelijk berucht vanwege de optredende verzadigingsverschijnselen, waardoor sterke vervorming optreedt. En die eindtrafo’s in buizen eindtrappen zorgen voor nóg een ongemak: de zogenaamde dempingsfactor is veel kleiner dan bij transistorversterkers. Die hoge dempingsfactor van transistorversterkers zorgt voor een strakke, nauwkeurige aansturing van de luidsprekers. Buizenversterkers hebben luidsprekers veel minder onder controle, wat weliswaar resulteert in een relatief grote geluidsdruk, maar van een echt strakke weergave is geen sprake.

Er zijn al heel wat discussies geweest over de vraag welke de beste is: de buis of de transistor. Het antwoord op die vraag hangt sterk af van het gebruiksdoel. Voor weergave van geluidsdragers zoals CD’s is de transistor superieur, wat niet verwonderlijk is als je bedenkt dat vervorming taboe is en het signaal op geluidsdragers relatief weinig dynamiek kent. Met dergelijke signalen hebben transistoren geen enkele moeite. Anders ligt dat voor gitaristen.Bij gitaarversterking is vervorming vaak een essentieel onderdeel is van het geluid. Buizen zijn dan het superieur. Iedereen kent wel het overstuurde gitaargeluid van een Fender combo’tje.

Maar daarin verschillen bassisten vaak van gitaristen. Veel bassisten willen in de eerste plaats een ‘eerlijke’ versterking van hun instrument, eventueel aangevuld met een klein randje “buizengeluid”. Transistorversterking ligt dan voor de hand, maar het basgeluid mag een beetje “rond” zijn. Ze worden sinds een aantal jaren op hun wenken bediend door het relatief grote aanbod van zogenaamde hybride basversterkers. Deze versterkers koppelen een buizen voorversterker aan een transistor eindtrap. Zo gebruik je de voordelen van de buis én die van de transistor. De buis doet met zijn impulsvastheid en soft clipping uitstekend werk in de voorversterker, terwijl de transistor eindtrap hoge vermogens kan leveren en de zaak toch tilbaar houdt. Dat laatste is zeker belangrijk, omdat een bassist tegenover een 50 Watt buizencombo’tje van de gitarist vaak wel een 400 Watt versterker moet gebruiken om in de band ‘hoorbaar’ te blijven!

Natuurlijk blijft er veel te zeggen voor een pure transistorversterker. Waar gewicht, afmetingen (kleine combo’s) en lage vervorming belangrijk zijn wint de transistorversterker het op punten van een buizenversterker. Uitgekiende schakelingen kunnen er voor zorgen dat het onaangename “harde” clippen niet meer plaats vindt. Aan de andere kant zijn er natuurlijk altijd bassisten die “hun” geluid het beste uit een volledige buizenversterker halen en het grote gewicht op de koop toe nemen. Over smaak valt niet te twisten.

8 Instrumentkabel

kabeldoorsnede

Een instrumentkabel verbindt de bas(-gitaar) met de ingang van de versterker. Om die verbinding goed te laten verlopen moet aan een aantal voorwaarden worden voldaan . Zo dient het signaal niet al te veel verlies op te lopen bij het passeren van de kabel, en dient het signaal doorgegeven te worden zonder dat bepaalde delen van het frequentiespectrum worden verzwakt of versterkt. Met andere woorden: het signaal moet zo natuurgetrouw als mogelijk worden doorgegeven.

Maar er zijn nog andere dingen van belang. Zo moet de kabel tredvast zijn. Dat betekent niet alleen dat de kabel sterk genoeg moet zijn om het gewicht van een mens op te vangen , maar ook het gaan staan op de kabel mag geen enkele invloed hebben op het signaal. Bovendien moet de kabel zo afgeschermd zijn dat signalen van buitenaf op geen enkele wijze het bassignaal beïnvloeden. En als laatste eis, maar niet onbelangrijk, is dat de kabel ook na intensief gebruik nog netjes oprolbaar is. Aan de eerste eis wordt makkelijk voldaan. Alhoewel het signaaladertje in het midden van een instrumentkabel vaak erg dun is, speelt de weerstand geen rol van betekenis. De versterking na de kabel is vaak zo groot, dat de zeer kleine verliezen in de kabel onbelangrijk zijn. Wel belangrijk is dat de kabel het gehele frequentiegebied van de bas evenwichtig doorgeeft. En daar hebben veel kabels moeite mee. Van belang hierbij is dat de capaciteit van de kabel laag is, het liefst lager dan 80 pF/m.

kabel goud

De afscherming van de kabel zorgt er voor dat er geen stoorsignalen opgepikt worden. Die afscherming bestaat meestal uit heel veel dunne koperdraadjes, die als een kousje om de isolatie van de signaaldraad liggen. Een afscherming van 100% is onmogelijk, omdat de kabel ook soepel moet blijven, maar een afscherming van meer dan 90% is gewenst. Die afdichting hangt onder andere af van de wijze waarop de draadjes gevlochten zijn.

Als je op een signaalkabel gaat staan ontstaan er door wrijving kleine elektrostatische stroompjes die zorgen dat er een ‘kraak’ in het geluid ontstaat. Om dat te voorkomen ligt er bij goede kabels een geleidende afscherming onder de koperen. die zorgt voor afvoer van de ongewenste spanninkjes. De buitenmantel van de kabel tenslotte moet soepel en toch tredvast zijn, en ook na veelvuldig gebruik nog netjes oprollen. Rubber is o.k, maar PVC is beter.

Bestaan dergelijke kabels? Jazeker, de Hevos instrumentkabel! Met een capaciteit van 70 pF/m wordt het gehele frequentiegebied recht weergegeven. De afscherming is beter dan 95% en de elektrostatische geleiding werkt perfect. Bovendien is de mantel van de kabel van PVC, is stevig en toch soepel (mede door de bijzondere wikkeling van de afscherming). Elke kabel wordt afgemonteerd met Neutrik jacks.

Tot slot nog een enkele opmerking over exotische kabels, die soms voor even exotische prijzen aan de man worden gebracht. OFC (oxigen free copper) geleidt niet beter dan gewoon koper, maar is voor de fabrikant makkelijker te verwerken dan gewoon koper. Schermen met OFC is dus flauwekul, bovendien zijn er nog maar weinig goede kabels van ‘gewoon’ koper te vinden. Zilver geleidt een heel klein beetje beter dan koper (nauwelijks meetbaar), maar sommige mensen schijnen dat toch te kunnen horen. De meeste ‘zilveren’ kabels bestaan in feite uit verzilverd koperdraad. Verzilverd koper kan problemen opleveren bij de overgang van het koper naar het zilveren laagje, vooral van belang omdat een elektrische stroom de neiging heeft om zich langs de buitenzijde van de draad voort te bewegen, het zogenaamde skin-effect. Oppassen dus.

9 Luidsprekerkabels

In bassistenland is al een tijdje belangstelling voor de kwaliteit van de instrumentkabel (de kabel tussen je bas en de versterker), en dat is niet zo gek. Veel minder belangstelling is er voor de Assepoester van de basinstallatie, de luidsprekerkabel. Ten onrechte, zoals blijkt.

speakon

De luidsprekerkabel vormt de verbinding tussen de versterker en de luidsprekerkast. Net als bij alle andere onderdelen van de versterkerketen moet ook de luidsprekerkabel zo min mogelijk (onbedoelde) invloed hebben op het geluid van je bas. Voor de luidsprekerkabel betekent dat dat de capaciteit en de zelfinductie niet te groot mogen zijn, en dat de weerstand zo laag mogelijk dient te zijn. Het is niet de bedoeling om hier uitvoerig de grondslagen van de elektronica uit de doeken te doen, maar enkele zaken zijn toch van belang. Vooral een te hoge capaciteit van de kabel kan invloed hebben, met name op de hoge tonen. Als de capaciteit van de kabel te groot is, worden hoge tonen als het ware kort gesloten. Maar gelukkig is dit bij basinstallaties maar een theoretisch probleem, omdat dergelijke negatieve effecten pas optreden bij extreme kabellengtes van enkele tientallen meters.

De weerstand van de luidsprekerkabel is echter wél belangrijk. Dikke kabels zijn beter dan dunne, maar gek genoeg gaat het daarbij niet om het vermogensverlies dat in dunne kabels optreedt. Als dat het geval zou zijn zou een dun kabeltje wel volstaan. De netkabel van een elektrisch kacheltje van 2200 Watt is immers ook niet extreem dik, terwijl geen enkele basversterker een dergelijk vermogen levert! Dunne kabels hebben echter op een andere manier invloed, ze beïnvloeden namelijk de dempingfactor van je versterker. Goede basversterkers hebben een eindtrap met een hoge dempingfactor. Een hoge dempingfactor zorgt er voor dat de lage tonen strak door de luidsprekers worden weergegeven. Luidsprekers hebben de neiging om na een uitslag (beweging) na te trillen.

luidkabel

Een hoge demping van de versterker voorkomt dat uitslingerverschijnsel. Sluit je nu je luidsprekerkast met een te dunne kabel aan op je versterker, dan verslechtert de dempingfactor en gaat de luidspreker ongecontroleerd bewegen. Van een strakke bas is dan geen sprake meer. Voor een goede weergave van je basgeluid kunnen we een totale dempingfactor, dus versterker plus bekabeling, van minimaal 50 aanhouden. Beneden deze waarde treedt snel hoorbaar kwaliteitsverlies op. Een rekenvoorbeeldje. Als je een luidsprekerkabel van 2x 0,75 mm² met een lengte van 1 m. gebruikt, en de dempingfactor van je versterker is 1000 (dat is al erg goed), dan daalt je totale dempingfactor zomaar van 1000 naar 117 als je een luidsprekerkast van 4 Ohm aansluit. Nog ruim boven de 50 dus, maar als je de inwendige bekabeling van de luidsprekerkast gaat meerekenen, kom je al snel tot (voorbij) de kritische grens.

Bij eenzelfde kabeldikte van 2x 0,75 mm² in de kast zelf wordt de totale dempingfactor al 63 ! En dan maar hopen dat de luidsprekerfabrikant echt dikke kabels in je kast heeft gebruikt, want vaak is dat een sluitpost. Ik heb wel eens in een kast van een bekende Amerikaanse fabrikant van basapparatuur bekabeling gezien die je normaal gesproken gebruikt voor fietsverlichting! Gebruik je een luidsprekerkabel met 2x 2,5 mm² doorsnede in plaats van de 2x 0,75 mm² uit het voorbeeld hiervoor, dan wordt de totale demping in plaats van 63 ineens 217 ! Ruim boven de kritische grens van 50 dus.

Als je versterker een lagere dempingfactor heeft dan 1000 dan wordt die kritische grens van 50 al veel eerder bereikt. Berucht in dit geval zijn buizen eindversterkers, die bijna altijd een dramatisch lage dempingfactor hebben. Dat hoor je aan het geluid, dat veel minder strak en direct is als het geluid uit een versterker met hoge dempingfactor. Je bas gaat ‘wollig’ klinken, terwijl de geluidsdruk toeneemt. Een buizen eindtrap van 100 Watt levert daardoor vaak meer geluidsdruk dan een transistor eindtrap van 400 Watt. Als je speciaal op zoek bent naar dat wollige basgeluid is een buizen eindtrap natuurlijk ideaal (afgezien van het grote gewicht)…. Het gebruik van dikke luidsprekerkabels helpen bij buizen eindtrappen niet meer, maar gebruik je dan ook nog eens dunne kabels, dan wordt de demping extreem laag. Ook bij de aanschaf van transistor of mosfet eindtrappen moet je altijd op de dempingfactor letten, hoewel voor de huidige generatie versterkers geldt dat ze vrijwel allemaal een voldoende hoge demping hebben. Goede versterkers hebben dus altijd een hoge dempingfactor. Een factor van 1000 is prima, zeker als dat gecombineerd wordt met dikke kabels.

Na dit verhaal is het wellicht makkelijker te begrijpen dat het gebruik van goede connectoren van groot belang is. Een slecht contact tussen kabel en versterker of luidsprekerkast levert vaak een aanzienlijke overgangsweerstand op, met alle gevolgen van dien voor de demping. Een dikke kabel met een slechte connector levert problemen op. Eigenlijk is er momenteel maar één goede connector voor luidsprekeraansluitingen, en dat is Speakon. Bovendien heeft de Speakon connector het voordeel dat hij mechanisch sterk is én luchtdicht. Jack connectoren en xlr’s zijn ongeschikt voor luidsprekerverbindingen, alhoewel ze nog steeds veel toegepast worden. Bovendien zijn de chassisdelen van jacks en xlr’s nooit luchtdicht, hetgeen vaak resulteert in bijgeluiden als gevolg van luchtverplaatsingen in de kast.

Conclusies zijn snel te trekken. Zorg dat je altijd dikke luidsprekerkabels gebruikt, het liefst met Speakon connectoren. Ronde kabels zijn vaak mechanisch sterker dan platte kabels. En neem eens een kijkje in het inwendige van je luidsprekerkast. Is de inwendige bekabeling dik genoeg, of heeft de fabrikant bezuinigd? En tot slot: let op de dempingfactor als je een nieuwe basversterker koopt. Tenzij je dol bent op een wollig basgeluid natuurlijk.

10 Vermogen en belastbaarheid

Bij aankoop van basapparatuur is het vermogen belangrijk. Vaak wordt de term vermogen gebruikt voor zowel de versterker als voor de luidsprekerkast(-en), wat logisch lijkt maar het niet is. Een basversterker heeft een bepaald vermogen. Hoe groter het vermogen des te meer energie er aan de luidsprekers wordt doorgegeven. De luidsprekers zetten die elektrische energie om in akoestische energie: stroom wordt dan omgezet in bewegende lucht. Als die bewegende lucht ons oor bereikt wordt dat weer omgezet in een elektrisch signaaltje dat naar de hersenen wordt gestuurd, die op hun beurt er dan voor zorgen dat we muziek, of tenminste geluid ervaren.

Een doorsnee basversterker levert een vermogen van 200 a 400 Watt, maar er zijn ook kleinere en grotere vermogens beschikbaar. Of een bepaald vermogen voldoende is hangt van een aantal externe factoren af. In de eerste plaats natuurlijk van de muziekstijl en de samenstelling van de band. In de tweede plaats is de grootte van de podia en zalen waar opgetreden wordt van belang, en of er al of niet gebruik wordt gemaakt van een PA.

ringkern

Maar het versterkervermogen hangt ook af van een aantal interne factoren. Een ervan is hoe lang een bepaald vermogen geleverd kan worden zonder dat er schade optreedt in de versterker. Dat zogenaamde continu vermogen is een aardige maatstaf. Een versterker met een continu vermogen van 400 Watt kan dat vermogen lange tijd achtereen leveren zonder dat er schade optreedt. Bij schade moet je dan vooral denken aan het doorbranden van de trafo in het voedinggedeelte. Bedacht moet worden dat een bassist nooit continu 400 Watt van een dergelijke versterker vraagt. Een bassignaal is veel meer een aaneenschakelingen van impulsen dan een continue geluidsstroom. Zegt continu vermogen dan helemaal niets? Toch wel: hoe zwaarder de voeding ( = hoger vermogen) des te makkelijker kan de versterker een sterke impuls ‘volgen”. Dat merk je vooral goed bij slaptechniek op de lage E of B snaar. Soms moet de versterker dan kortstondig wel 2000 Watt leveren. Dat kan alleen als de voeding van de versterker zwaar genoeg is. Berucht zijn basversterkers die in de lage registers dun beginnen te klinken!

Vermogensmetingen zijn niet gestandaardiseerd, en 400 Watt bij de ene fabrikant is soms wat anders dan bij de andere fabrikant! En in de versterker kijken wat er op de trafo staat helpt ook niet meer, want moderne versterkers hebben vaak geschakelde voedingen, die andere eisen aan trafo’s stellen dan de conventionele voedingen.

Luidsprekers hebben geen vermogen. Wordt daar toch over gesproken, dan bedoelt men de elektrische belastbaarheid van de luidspreker. De continue belastbaarheid van de luidspreker is het versterkervermogen dat gedurende langere tijd aan de luidspreker toegevoerd kan worden zonder dat de luidspreker beschadigt. Vaak zie je de belastbaarheid aangeven in watt RMS. Dat is de afkorting voor ‘root mean square’ en mag eigenlijk alleen voor wisselspanning gebruikt worden. In de praktijk betekent het vaak dat de fabrikant een sinussignaal op de luidspreker zette, soms ook wel een roze ruis, dat zo hoog was dat de luidspreker gedurende bepaalde tijd net niet kapot ging, en dan werd deze RMS spanning gekwadrateerd en dan gedeeld door de nominale impedantie van de luidspreker en had men het ‘vermogen RMS’. Probleem is dat er niets gestandaardiseerd is, dus niet de vorm van het signaal, maar ook niet de tijdsduur van de test.

Het is daarom beter om de AES standaard te gebruiken. Belastbaarheid AES (Audio Engineering Society) is de gestandaardiseerde manier om de belastbaarheid van een luidspreker te meten. Alle meetvoorwaarden zijn nauwkeurig omschreven. Zo moet de luidspreker vrij opgesteld staan (dus niet in een kast), en moet gedurende 2 uur een roze ruis toegevoerd krijgen. Bandbreedte van het signaal, de gebruikte filters en nog wat andere zaken zijn nauwkeurig voorgeschreven. Maar vaak zie je bij de belastbaarheid van luidsprekers de term RMS staan. Omdat dit niet gestandaardiseerd is meet elke fabrikant op zijn eigen manier, en is het dus moeilijk, om niet te zeggen onmogelijk, om luidsprekers van verschillende fabrikaten te vergelijken. Het beste zou dus zijn als alle luidsprekerfabrikanten de AES normen gaan hanteren. Maar veel fabrikanten van basapparatuur zijn tamelijk conservatief en blijven het weinigzeggende RMS gebruiken. Een erg grote ramp is dat overigens niet, want de belastbaarheid RMS wijkt zelden meer dan 10% af van de AES belastbaarheid. Bovendien zijn sommige andere eigenschappen van luidsprekers minstens zo belangrijk, zoals we hiervoor al zagen.

Tot slot: een versterker van 1000 Watt ‘klinkt’ slechts 2x zo hard als een versterker van 100 Watt. Een luidsprekerkast met een rendement van 100dB/W/m levert een tweemaal zo grote geluidsdruk als een met 97 dB/W/m. De combinatie van een 100 watt versterker met een luidsprekerkast met een gevoeligheid van 100 dB/w/m levert dus een even grote geluidsdruk op als een 1000 Watt versterker met een kast met een gevoeligheid van 97 dB/W/m ! Het is daarom vaak voor je portemonnee beter om te investeren in luidsprekers met een hoog rendement dan om voor veel geld honderden watts extra versterkervermogen te kopen.

11 Signaalversterking en oversturing

Het signaal dat een basgitaar afgeeft is over het algemeen erg klein: de afgegeven spanning is niet meer dan enkele millivolts. Bassen met actieve elektronica leveren vaak een wat hogere output, maar ook dat signaal is extreem laag als je het vergelijkt met de spanning die uiteindelijk de versterker verlaat om de luidsprekers aan te sturen. Spanningen van 50 volt aan de luidsprekeruitgang van een basversterker zijn niet ongewoon. De versterker doet niets anders dan zijn naam doet vermoeden, namelijk de minieme spanning die hij binnenkrijgt enkele duizenden malen versterken.

De voorversterker bestaat uit tenminste twee onderdelen: de voorversterkingstrap en de toonregeling. De voorversterkingstrap versterkt het signaal tot het niveau dat het de eindversterker kan aansturen. Natuurlijk hebben de meeste voorversterkers nog wat andere handige circuits in huis, zoals een symmetrische line-out en een effect-loop, terwijl sommige basversterkers nog allerlei andere elektronische toeters en bellen leveren. Voor al deze elektronische schakelingen in de voorversterker geldt een bovengrens aan de toegestane signaalsterkte. Wordt die overschreden, dan levert dat problemen op voor met name de halfgeleiders in de voorversterker, de IC’s en transistoren. Nare vervorming van het geluid is dan je deel, met soms krakende of sissende geluiden. Maar een te lage signaalsterkte in de voorversterker is ook niet goed, want dan is het aandeel aan (onvermijdelijke) ruis in het bassignaal onevenredig groot. De eindversterker moet dan naderhand extra zijn best doen en het resulterende geluid bevat teveel ruis. De beste basversterkers gebruiken overigens ruisarme halfgeleiders, zodat dat laatste probleem zich nauwelijks voordoet.

De grootte van het bassignaal in de voorversterker kun je regelen met de gain- of volumepotmeter, die meestal direct naast de ingang van de versterker zit. Met deze potmeter regel je de signaalsterkte naar de voorversterker. Je kunt de afregeling op het gehoor doen, waarbij je nauwkeurig let op het ontstaan van vervorming. Maar op veel basversterkers wordt tegenwoordig met behulp van een ledje aangegeven of het signaal de voorversterker overstuurt. Is dat het geval, dan moet je óf je volumepotmeter verdraaien, of de volumepotmeter op je bas. Veelal hebben basversterkers aparte ingangen voor passieve en actieve bassen. Dat is nodig omdat een bas met actieve elektronica vaak een wat groter signaal afgeeft dan een passieve bas. Zou je een luide actieve bas aansluiten op de gevoelige passieve ingang, dan kun je nauwelijks de volumepotmeter opendraaien of er treedt al oversturing op. Je regelbereik wordt dan wel erg klein. Vandaar die actieve ingang, die gewoon wat minder gevoelig is dan de passieve. In de regel is die actieve ingang 1,5 tot 3x minder gevoelig dan de passieve ingang. Overigens is het uitgangssignaal zowel bij passieve als actieve bassen onderling soms sterk verschillend, zodat uitproberen vaak gewenst is. Sommige actieve bassen geven zo weinig signaal af dat je ze het beste gewoon in de passieve ingang kunt aansluiten!

Het maakt nogal wat uit of je voorversterker is uitgerust met buizen dan wel met transistoren. Voor voorversterkers is de buis superieur aan de transistor. Wat maakt de buis zo gewild? De buis heeft een zeer hoge impedantie, waardoor de signaalbron (het element) slechts in zeer geringe mate belast wordt. Dat komt de signaalkwaliteit ten goede. Bovendien levert de buis prettig in het gehoor klinkende boventonen. Maar voor wat betreft oversturing heeft de buis een andere, bijzonder aangename eigenschap. Wordt een buis overstuurd dan doet hij dat met een voor het menselijk oor prettige klank, het zogenaamde ‘soft clipping’. We ervaren dat als ‘warme’ oversturing. Veel gitaristen lopen ermee weg, maar ook bassisten weten het vaak te waarderen. In versterkerontwerpen wordt daarom soms bewust gebruik gemaakt van het geluid van een overstuurde buis. Probeer je een transistor te oversturen, dan zal echter een gruwelijk snerpend geluid je deel zijn: transistoren kunnen eenvoudigweg niet prettig oversturen!

De ingangsgevoeligheid van de eindversterker in je basversterker ligt meestal tussen 0,5 en 1 Volt. Zaak is dus om de voorversterker voldoende signaal naar de eindtrap te laten sturen. Op veel basversterkers zit tussen voor- en eindversterker nog een master- of volumepotmeter om dat te regelen. Als dat het geval is kun je het beste de master flink openzetten, en je totaalvolume met de potmeter van de voorversterker regelen. Zo gebeurt dat in de PA-wereld ook. Soms echter geeft een fabrikant aan dat de potmeter naar de eindtrap spaarzaam opengezet moet worden; het betreft dan meestal een eindtrap waarbij de vervorming toeneemt met de signaalgrootte. Tijd voor een nieuwe basversterker? De eindversterker doet niets anders dan het binnenkomende signaal een aantal keren versterken. Is het ingangssignaal klein, dan levert de eindtrap niet zijn volle vermogen. Is het inkomende signaal te groot, dan levert dat aan de luidsprekeruitgang oversturing op. Dit oversturen heet ‘clippen’ en kan desastreuze gevolgen hebben voor luidsprekers. Het signaal aan de luidsprekeruitgang wil dan een hogere spanning leveren dan de voedingsspanning van de versterker, en dat gaat nu eenmaal niet. Gevolg is dat het bassignaal niet alleen vervormt maar ook trekjes krijgt van een gelijkspanning, en dat is dodelijk voor luidsprekers! Gelukkig hebben goede basversterkers automatische clipbeveiligingen ingebouwd. Let daar op bij de aanschaf van een nieuwe basversterker!

Tot slot: de sterkte van het bassignaal dat je basgitaar verlaat hangt erg af van de manier waarop je de snaren aanslaat. Vooral als je een contrabas gewend bent zul je een stevige aanslag hebben. Daardoor wordt het signaal dat naar de versterker gaat ook veel hoger dan wanneer je zacht aanslaat, en zal je versterker eerder oversturen. Je moet dan gewoon je volume wat terugdraaien; versterkervermogen verlies je er niet door. Of een limiter gebruiken, maar daar zitten nogal wat haken en ogen aan…

12 Rendement en geluidsdruk

Al een paar keer is de gevoeligheid of rendement en de geluidsdruk van luidsprekers aan de orde geweest, zonder dat dit nader verklaard werd. Tijd dus om daar wat woorden aan te wijden. De gevoeligheid van een luidspreker is de mate waarin de luidspreker reageert op een toegevoerd signaal. Dat reageren op een signaal merk je aan de hoeveelheid geluid die de luidspreker produceert. Het rendement van een luidspreker ligt doorgaans tussen de 1% en 4%. Heeft een luidspreker een rendement van 4% (wat hoog is!) , dan betekent dit dat van de totale toegevoerde elektrische energie slechts 4% wordt omgezet in geluid. De rest gaat verloren als warmte. De constructie van een luidspreker moet daarom zodanig zijn dat de speaker die warmte makkelijk kan afstaan aan de omgeving.

Luidsprekers met een hoog rendement produceren onder gelijke omstandigheden meer geluid dan luidsprekers met een laag rendement. De hoeveelheid geproduceerd geluid of geluidsdruk wordt uitgedrukt in dB. Er is als standaard afgesproken om dB/W/m te gebruiken. Dat is de geluidsdruk die door een luidspreker geproduceerd wordt als men 1 Watt toevoert van een bepaald goed omschreven signaal. Omdat de geluidsdruk afneemt met de afstand tot de luidspreker dient de geluidsdruk standaard op 1m afstand van de conus van de luidspreker gemeten te worden. Voor het type luidspreker dat gebruikt wordt voor basgitaar en contrabas geldt dat een gevoeligheid van minimaal 95 dB/W/m normaal is.

De gevoeligheid van een luidspreker hangt van 3 dingen af: van de magneetsterkte in de luchtspleet, de opbouw van de spreekspoel en het conusoppervlak. Op de figuur is te zien dat de spreekspoel beweegt in een zeer smalle ruimte in de magneet. Hoe smaller die ruimte, des te krachtiger is het magnetische veld in de spleet. Voor luidsprekerfabrikanten is het de kunst om de spleet zo smal mogelijk te maken, zonder dat de spreekspoel de magneet raakt. Dat vereist vakmanschap. De spreekspoel dient te allen tijde in de magneetspleet te blijven. Raakt de spreekspoel door beweging buiten de spleet, dan treedt er hoorbare vervorming op. Die spreekspoel bestaat uit een aantal windingen van koperdraad of aluminiumdraad op een drager. Een enkellaags spreekspoel is vaak lang en zal daarom niet snel uit de magneet bewegen. Vervorming bij lange spreekspoelen (langeslagluidsprekers) is laag, maar het rendement ook. Dergelijke spreekspoelen worden gebruikt voor hifi basluidsprekers en hebben een gevoeligheid die zelden boven de 90 dB/W/m uit komen. Veel te laag voor weergave van basgitaar en contrabas.

speak

Oplossing is om de spreekspoel meerlaags te wikkelen zodat er zich meer wikkelingen in de spleet bevinden. Het rendement gaat dan omhoog maar de spreekspoel wordt echter korter. Bij sterke beweging van de conus kan deze spreekspoel uit de spleet komen en vervorming veroorzaken. Berucht zijn veel basluidsprekers (ook van gerenommeerde merken!) die bij rustig spelen goed klinken, maar bij grotere volumes heel naar gaan vervormen! De maximale bewegingsruimte voor een spreekspoel en dus voor de conus zonder dat vervorming optreedt heet de Xmax (zie “Belastbaarheid van luidsprekers”). Het is dus zaak om de spreekspoel niet te kort te maken, maar dat vereist een sterke magneet, en magneetmateriaal is zeer kostbaar.

De geluidsdruk hangt behalve van de gevoeligheid van de luidspreker ook af van het werkzame oppervlak van de conus. Een 15” luidspreker kan nu eenmaal meer lucht verplaatsen dan een 10” luidspreker. Vandaar dan ook dat een doorsnee 10” basluidspreker al een goede beurt maakt met 96 dB/W/m, terwijl zijn grote broer van 15” vaak zonder veel moeite 100 dB/W/m haalt. Bedenk daarbij dat een verhoging van 3 dB een verdubbeling van de geluidsdruk inhoudt! Tweeters hebben over het algemeen een veel hoger rendement dan de ‘gewone’ dynamische luidsprekers, vaak wel 105 tot 108 dB/W/m. Bij het combineren van een tweeter met luidsprekers is daarom vaak een verzwakkingschakeling ingebouwd, omdat de tweeter anders gaat overheersen.

Bij het combineren van luidsprekers is de verhouding van de gevoeligheid van de gebruikte luidsprekers van belang. Laten we eens uitgaan van de gevoeligheid van 96 dB voor een 10” en 100 dB voor een 15”. Bij de gangbare combinatie van 2 stuks 10” luidsprekers en een 15” luidspreker verdubbelt de geluidsdruk die beide 10” afgeven, en wordt bij een gevoeligheid van 96 dB/W/m dan 99 dB/W/m voor twee stuks. Daardoor komt de totale geluidsdruk van beide 10” luidsprekers in de buurt van die van de 15”luidspreker, en zal er over het algemeen sprake zijn van een evenwichtig geluidsbeeld. Zou je nu slechts 1 stuks 10” luidspreker combineren met een 15”luidspreker, dan zal de grootste speaker de kleine duidelijk overheersen, wat vaak tot een onprettig geluidsbeeld leidt. Er treedt bij het ‘stapelen’ van luidsprekers overigens een bijzonder fenomeen op. Als de luidsprekers dicht bijeen gemonteerd worden, dan is de totale geluidsdruk groter dan de som van de geluidsdruk van de afzonderlijke speakers. Dit verschijnsel heet akoestische koppeling, en wordt in de PA-wereld veelvuldig toegepast door het stapelen van luidsprekerkasten. Ook voor bassisten heeft ‘ stapelen’ zin!

Tot slot nog een enkel woord over slechte basluidsprekers. Slechte basluidsprekers zijn altijd goedkoop gebouwd. Van een luidspreker is de magneet verreweg het kostbaarste onderdeel, de kartonnen conus en het chassis kosten relatief weinig. Een sterke magneet maakt de luidspreker krachtig, maar ook duur. Vandaar dat (veel) fabrikanten bezuinigen op magneetmateriaal. Omdat de magneetkracht daardoor minder wordt moet er een list bedacht worden om de luidspreker toch voldoende krachtig te laten werken. Die list bestaat er dan in om de spreekspoel zo kort mogelijk te maken. Hierdoor bevinden zich relatief veel windingen in de spleet van de magneet en heeft deze luidspreker ondanks zijn ondermaatse magneet toch een behoorlijk rendement. Maar o wee als je eens stevig aan je bassnaren plukt: de luidspreker gaat dan zeer onaangenaam en flodderig klinken. Dat komt omdat de te korte spreekspoel bij wat zwaarder werk doodeenvoudig uit de magneet schiet. Een goedkope luidspreker is daarom vrijwel altijd een matige of slechte luidspreker. Niet kopen dus. Of als het leed al geschied is: snel verkopen!

13 Klasse-D versterkers

Klasse-D eindversterkers hebben een rendement van minimaal 90%, terwijl conventionele versterkers een efficiency hebben die nooit boven de 80% uitkomt. Dit verklaart waarom klasse-D versterkers nauwelijks nog koeling behoeven en zeer klein gebouwd kunnen worden. Overigens, de “D” is niet van digitaal, maar is simpelweg de volgende letter in de versterkerclassificatie. Wat klasse-D versterkers onderscheidt van alle andere soorten versterkers is dat de eindtransistoren altijd òf volledig open staan òf gesloten zijn.

De klasse-D amp schakelt tussen 2 signaalniveaus. Het audiosignaal wordt daartoe aan een ingang van een comparator toegevoerd, terwijl de andere ingang een hoogfrequente zaagtand te verwerken krijgt. De uitgang van de comparator geeft slechts 2 signaalniveaus, namelijk “hoog” en “laag”. Dit signaal is een voorbeeld van zogenaamde pulsbreedtemodulatie (PWM). De eindtransistoren, in de Hevos versterkers MOSFETs, versterken dit signaal, dat slechts 2 niveaus kent, met als gevolg dat deze òf helemaal “open” staan òf “gesloten” zijn. Als gevolg hiervan wordt er nauwelijks nog stroom in warmte omgezet en krijgt de versterker zijn zeer hoge rendement.

Uiteraard is het noodzakelijk dat de hoogfrequente draagolf aan het einde van het versterkercircuit er weer uitgefilterd wordt. Dit kan door middel van een eenvoudig laagdoorlaatfilter vlak voor de luidsprekeruitgang. Bijkomend voordeel is dat dit filter tevens de ruis wegfiltert die ontstaat door het schakelen van de transistoren .

Elk voordeel heeft zijn nadeel, dat geldt ook voor klasse-D versterkers. Zo ontstaat zonder aanpassingen een behoorlijk hoge vervorming als gevolg van voedingsspanningfluctuaties en timingfouten. Veranderingen in de hoogte van de voedingspanning als gevolg van het trekken van grote stromen door de amp hebben onmiddellijk invloed op de grootte van de vervorming aan de uitgang. En interne fluctuaties in de voeding, zoals ripple, worden aan de uitgang hoorbaar. Een zeer stabiele en geavanceerde voeding is dus noodzakelijk. De tweede vervormingsbron bij klasse-D versterkers vormt de timingfout als gevolg van het aan-uit schakelen van de MOSFET’s. Een derde probleem vormt de frequentieresponse aan de uitgang, die tamelijk belastingafhankelijk is.

Gezien bovenstaande is het duidelijk dat een klasse-D versterker an sich geen garantie biedt voor een hoogwaardige weergave van het geluid. Een bekend Amerikaans merk heeft een aantal jaren geleden al eens een klasse-D basversterker op de markt gebracht, en hem na korte tijd weer ijlings van de markt gehaald vanwege problemen. Het mag duidelijk zijn dat Hevos zich hieraan niet gewaagd heeft. De bovenstaande problemen zijn opgelost door gebruik te maken van zogenaamde UcD techniek van Philips. Deze techniek is in feit niets anders dan een uitgekiend analoog feedbackcircuit, waardoor de eigenschappen van de versterker ongekend goed worden. Resultaat: een high-end eindversterker met slecht een beperkt aantal discrete componenten gemaakt, zo groot als een pakje sigaretten.