Kathodevolgers... goed of slecht?
door Alan Kimmel
Sommige audiofielen en fabrikanten stereotyperen bepaalde zaken als sonisch onverbetelijk, gebaseerd op hun luisterervaringen met verouderde implementaties van die zaken. Sommige SE-aanhangers bekritiseren push-pull en vice versa. Sommige buizenliefhebbers bekritiseren transistors en vice versa. En zo gaat de lijst verder. Ter informatie, als deze zaken correct worden toegepast, kunnen ze allemaal prachtig klinken, zoals mensen ontdekken. Degenen die zelfs geen overweging geven aan zo'n idee, twijfelen aan hun eigen oren.
Neem bijvoorbeeld de push-pull controverse. Er is geen tekort aan SE-fans die PP denigreren. Maar er komen enkele PP-versterkers uit, met name van Japanse ontwerpers, die geen twijfel laten bestaan over het uitstekende sonische potentieel van PP, en SE-fans die deze PP-versterkers beluisteren, slikken hun woorden in. Naarmate verbeterde en gecorrigeerde implementaties van voorheen minder gewaardeerde technologieën opduiken, zien we hetzelfde scenario zich ontvouwen voor vele zaken die, opnieuw, door sommigen als sonisch en politiek incorrect zijn bestempeld. Een ander voorbeeld hiervan is kathodevolgers (CF).
De meeste oude buizen-hifi-ontwerpers hadden veel waardering voor CF's. In die tijd bestond testapparatuur voor 100% uit vacuümbuizen en CF's werden daarin vaak gebruikt, om goede redenen. Ik had ooit een buizen-oscilloscoop van HP die veel CF's gebruikte. Hij was zeer goed en zou nog steeds een genoegen zijn om te gebruiken, ware het niet voor zijn grootte. De oude Tektronix-oscilloscopen waren ook in staat tot uitstekende prestaties, en sommige van die prestaties zijn zelfs vandaag de dag niet gemakkelijk te evenaren. Volgers en buffers zijn altijd hoog gewaardeerd en vaak gebruikt in de elektronica-industrie.
Sommige mensen geloven dat CF's geen plaats hebben in audio, maar deze mensen gebruiken lokale stroomterugkoppeling met hun plaatbelaste trappen door de kathodeweerstand niet te bypassen. Een CF gebruikt ook lokale terugkoppeling. In feite, wanneer NFB (negatieve feedback) lokaal is, kan het sonisch heel goed zijn. NFB kan niet lokaler zijn dan in een CF. Dergelijke lokale NFB is direct en vrijwel gelijk aan inherente lineariteit, zonder tijdvertragingen of lussen om rekening mee te houden. Bijgevolg keurt het oor goed ontworpen en correct toegepaste CF's goed. [NFB op zichzelf is niet slecht; het gaat mis wanneer, zoals met alles, het wordt misbruikt of verkeerd toegepast. Zie Myths That Plague Tube Audio.]
Er zijn 3 basismethoden om een buis aan te sluiten en te bedienen. Ingenieurs noemen ze: gemeenschappelijke kathode, gemeenschappelijk rooster en gemeenschappelijke plaat. Van de 3 heeft de gemeenschappelijke plaatverbinding, ook wel bekend als de CF, de meest ideale eigenschappen: laagste vervorming, breedste bandbreedte, laagste uitgangsimpedantie en laagste ruis. Het is duidelijk dat het geen zin heeft om de beste van de 3 aan te vallen, toch is dit degene die sommigen hebben gekozen om aan te vallen. (Is dat niet vaak wat er gebeurt in deze gekke wereld—dat het beste wordt aangevallen?) Als je iets moet aanvallen, zou het logischer zijn om de gemeenschappelijke kathode aan te vallen, aangezien deze van de 3 de minst ideale eigenschappen heeft. Maar ik zeg, val geen van hen aan. Het is veel beter om manieren te verkennen om alle 3 te optimaliseren, en dat is wat ik doe.
Een goed ontworpen en toegepaste CF haalt het beste uit een buis—zoals hierboven vermeld worden alle parameters, behalve natuurlijk de spanningsversterking, sterk verbeterd: frequentierespons, vervorming, uitgangsimpedantie, ingangsimpedantie, enz. Het beste van alles is dat een goed ontworpen en toegepaste CF het meest trouw is aan de MUZIEK. Degenen die bevooroordeeld zijn tegen volgers van welke aard dan ook, solid-state of buis, zouden mijn pagina over High Gain Followers moeten bezoeken. (Overigens geldt veel van wat ik zeg over CF's ook voor de andere soorten volgers.)
Het gebruik van een CF na de spanningsversterkingstrap geeft de v.g. trap maximale sonische vrijheid omdat de v.g. trap geen belasting hoeft aan te sturen wanneer hij in een CF werkt—hij hoeft geen stroom aan een belasting te leveren (de CF levert de stroom aan de belasting). Dit is de toestand van maximale vrijheid voor de v.g. trap zoals besproken in de Inleiding. Sonisch gezien zijn triodes het ideale spanningsversterkingsapparaat. En triodes geven er de voorkeur aan om niet belast te worden. Om dit mogelijk te maken moet je de triode volgen met een CF zodat de triode geen belasting ziet. In de Kimmel Mu Stage verlost de CF niet alleen de triode van de last om de belasting aan te sturen, maar stelt de CF de triode ook in staat om te werken in de ideale constante stroom- of mu-modus.
Maar laten we zeggen dat je wilt dat de spanningsversterkingstrap op een hoog genoeg stroomniveau werkt zodat hij een vrij lage uitgangsimpedantie heeft om de belasting zonder een CF aan te sturen. Zodra je een belasting op zo'n trap plaatst, berooft de belasting de trap van stroom en berooft hij in het proces ook de trap van een deel van zijn sonische vrijheid. Dit probleem wordt vermeden wanneer een CF correct wordt toegepast op de situatie.
Als je CF's weggooit, blijf je achter met plaatbelaste buistrappen. Het is niet moeilijk om slechte dingen te zeggen over plaatbelaste trappen. Iedereen heeft wel eens slechte of middelmatige plaatbelaste trappen gehoord. Betekent dit dat ik tegen plaatbelaste trappen ben? Helemaal niet. Mijn punt is simpelweg dat je slechte dingen kunt vinden om over alles te zeggen. En mensen doen dat ook. Er is geen enkel apparaat, circuit of idee in audio dat geen critici heeft. Ik sta open voor alles; ik vermijd liever kritiek en concentreer me in plaats daarvan op het verkennen van nieuwe en betere manieren om dingen te doen, zoals het optimaliseren van alle tools en circuit-elementen die ons ter beschikking staan.
Het is gemakkelijk om een CF te ontwerpen en te optimaliseren voor de gewenste taak. Zoals met de meeste dingen, als een CF wordt misbruikt, kan het zijn dat hij niet goed presteert, dus "misbruik ze niet". Als je een CF wilt gebruiken om zeer laag-Z hoogstroom-belastingen aan te sturen, gebruik dan een CF die groot genoeg is voor de taak. Wanneer OTL-ingenieurs een OTL-uitgangstrap ontwerpen, maken ze er een soort CF van. Er zijn OTL's met CF-uitgangstrap die in staat zijn om veel vermogen te leveren aan 4 ohm-belastingen zonder hoorbare vervorming. Hoeveel plaatbelaste trappen kunnen dat? Er is weinig gevaar om een CF te misbruiken wanneer hij is ontworpen voor de bedoelde belastingen. Om de meeste CF's te misbruiken, moet je opzettelijk uit zijn op misbruik.
Sommigen wijzen erop dat CF's asymmetrisch zijn. Dit betekent simpelweg, nogmaals, dat we de CF moeten dimensioneren voor de taak. Alle SE-trappen zijn asymmetrisch. Maar ook daar, als de SE-trap is gedimensioneerd voor de taak, met voldoende ruststroom, is het geen probleem. Als je een CF wilt die veel stroom moet leveren en opnemen zonder veel ruststroom te verbruiken, kan een goed ontworpen White CF een goede keuze zijn.
Middelmatige CF's kunnen het geluid aantasten. Zoals met alles hangt het af van hoe de CF is ontworpen EN hoe hij wordt gebruikt. Gebruik een goede CF optimaal en je zult worden beloond. Niemand heeft alle CF's gehoord; alle CF's zijn niet gelijk. Wanneer iemand CF's afkeurt, baseert hij dat natuurlijk op de CF's die hij heeft gehoord, die mogelijk niet optimaal waren ontworpen of gebruikt. Zie punt #6 van Diego Nardi over CF's in zijn artikel: "The MONOphono Preamplifier", Sound Practices issue 16, p.34.
Ik gebruik CF's in mijn ontwerpen omdat ze bepaalde dingen goed doen. Pentode CF's zijn een klasse beter dan triode CF's, maar de meeste mensen hebben nog geen pentode CF's geprobeerd. Pentode CF's zijn bijvoorbeeld bijzonder goed in het bieden van mu-modus werking voor de spanningsversterkende triode, zoals uitgelegd in de Inleiding van deze website en elders.
Een andere zaak die CF's goed kunnen doen, is het aansturen van uitgangsbuizen. Als een geschikte CF direct is aangesloten op de uitgangsbuis, kan hij de uitgangsbuis aansturen tot roosterstroom, waardoor het meeste vermogen en de meeste efficiëntie uit de uitgangstrap wordt gehaald.
Hier is een theorie die mogelijk verklaart waarom sommige CF's ongunstig worden beoordeeld: Je hebt misschien wel gehoord dat sommige SE-versterkerontwerpers annulatietechnieken gebruiken in hun versterkers om het geluid van de versterker te optimaliseren. In een typische SE-versterker produceert het uitgangsstadium verschillende sonische fouten en vervormingen. Om goed geluid te creëren, bestaat de rest van de versterker uit elementen die aanvullende vervormingen en fouten produceren. Idealiter zouden de fouten/vervormingen gelijk maar tegengesteld zijn en dus elkaar opheffen, waardoor goed geluid naar voren komt. Overweeg dat deze annulatie vaak wordt gefaciliteerd door de hoge uitgangsimpedantie van een typisch SE-stuurstadium terwijl het probeert het uitgangsstadium aan te sturen. Ik denk dat we ons allemaal realiseren dat het annulatiefenomeen zich niet netjes beperkt tot alleen SE-versterkers die het nodig hebben. Annulatie-effecten kunnen overal in een geluidssysteem optreden: tussen versterker en voorversterker, luidspreker en versterker, luidspreker en voorversterker, enzovoort. Er kunnen optellingen en aftrekkingen in het hele systeem zijn; synergie en anti-synergie kunnen het resultaat zijn. Als alle netto-effecten positief genoeg zijn, ontstaat er goed geluid. Hier is hoe een CF de boel zou kunnen verstoren: Als er een sonisch wenselijke annulatie plaatsvindt vanwege de hoge uitgangsimpedantie van een stadium en/of gerelateerde zwakheden, dan is het duidelijk dat als je een CF met zijn hoge ingangsimpedantie en zijn lage uitgangsimpedantie vervangt voor de hoge uitgangsimpedantie, je de annulatie die je beviel, zult veranderen. Hoewel de CF niets verkeerd doet, zal hij natuurlijk de schuld krijgen van de resulterende verslechtering van het geluid. Dit is nog een reden waarom het belangrijk is om een zuiver en schoon geluidssysteem te hebben, inclusief elk stadium, van begin tot eind - zodat je geen onbekende annulaties hebt. Of onbekende aanvullingen. Anders zal het veranderen van iets in je geluidssysteem een gok zijn. Is het niet zo dat top beoordeelde hifi-componenten in sommige systemen geweldig klinken, maar in andere systemen slechts matig? Het is het synergie/anti-synergie ding. Op deze manier kan een hifi-apparaat of -component gemakkelijk als middelmatig worden gezien. Dit zou heel goed de situatie kunnen zijn waarin veel CF's zich bevinden - ze presteren heel goed, maar krijgen dan de schuld van wat er misgaat. Iets om over na te denken.
We zien ook een heropleving in de populariteit van koppeltransformatoren. Koppeltransformatoren worden vaak gebruikt als impedantiewijzigers, net zoals CF's. Het gebruik van een transformator om de uitgangsimpedantie van een circuit te verlagen, betekent ook een verlaging van de uitgangsspanning (wat soms wenselijk is). CF's doen dit zonder de spanning te verlagen en er zijn geen bandbreedtebeperkingen of andere beperkingen die kunnen optreden met transformatoren. Ik wil audiotransformatoren niet bekritiseren, want ik hou er zeker van en ze hebben een welverdiende plaats in hifi. In deze FilamentSide Chat wil ik alleen enkele van de voordelen van CF's laten zien.
Het bewijs zit in het luisteren - er kunnen veel voorbeelden worden gegeven van uitstekende apparatuur die CF's gebruiken. Hier zal ik enkele noemen waar ik het meest vertrouwd mee ben: Mijn ontwerpen gebruiken een soort volger in het front-end en sommige van mijn ontwerpen gebruiken ook CF-uitgangsstadia. Twee voorbeelden van het laatste zijn mijn push-pull CF eindversterker (The Grape Ox) en mijn push-pull OTL-ontwerp. Beide zijn succesvolle pogingen om de inherente beperkingen van buizenversterkers aan te pakken. Onder andere maken ze gebruik van innovatieve toepassingen van CF's en beide ontwerpen zijn vrij van luistermoeheid, en zetten nieuwe normen voor geluid en prestaties.
Cy Brenneman van de Euphonos Audio Group heeft een nieuwe generatie SE-versterkers en voorversterkers. Hij heeft een voorversterker uitgerust met CF's en CF-gebaseerde versterkers. Zijn apparatuur is ook een verbluffende bevestiging van correct ontworpen en goed toegepaste CF's.
Zoals met de meeste dingen is er een kunst om het beste uit CF's te halen en hun volledige potentieel en beste toepassingen te realiseren. Drie regels om te onthouden zijn dat CF's, net als al het andere, moeten worden (A) correct ontworpen, (B) op maat gemaakt voor de taak, en (C) correct toegepast. Als iemand niet van de CF's houdt die hij heeft beluisterd, is de kans groot dat een of meer van deze regels niet zijn gevolgd OF dat iets anders dan de CF de echte boosdoener was.
Het anti-CF-kamp zou gegevens kunnen aanvoeren om hun standpunt te ondersteunen, terwijl het pro-CF-kamp even indrukwekkende gegevens zou kunnen laten zien ter ondersteuning van CF's. Uiteindelijk is het oor de uiteindelijke rechter. Sommige van de meest geprezen buizenaudioapparatuur van vandaag en gisteren gebruiken CF's - het zou heel goed kunnen dat de meerderheid van de meest consistent lovend beoordeelde audioapparatuur volgers gebruikt. Uiteindelijk zijn de meningen van de luisteraars het belangrijkst. Sommige van de plaatsen waar luisteraars hun eigen mening over apparatuur die ze hebben beluisterd kunnen posten, zijn de nieuwsgroepen rec.audio.tubes, rec.audio.high-end, of de website www.audioreview.com.