Ayre Acoustics KX-R, een technisch verslag Deel 1
In samenwerking met importeur Audiac presenteren wij u een tweetal bijzondere zgn. White Paper`s (een document met een informatieve of educatieve inhoud welke bedoeld is om de lezer op de hoogte te brengen van oplossingen voor bepaalde problemen, en/of de technische achtergronden bij het vinden van die oplossingen - red.). Het betreft de bijzondere versterkingsproducten van het Amerikaanse merk Ayre uit de X-R serie. Het is niet gebruikelijk dat we dergelijke artikelen publiceren, maar in dit geval maken we graag een uitzondering. Niet alleen omdat wij zelf de bijzondere kwaliteit van deze apparaten meermaals hebben mogen vaststellen, maar de artikelen zijn leuk en toegankelijk geschreven, en geven ook een goed inzicht in de verschillende technische principes die van belang zijn bij het ontwerpen van een versterker. Het artikel is vanuit de fabrikant geschreven in de "wij-vorm". Gedane uitspraken hoeven dus niet noodzakelijkerwijs de mening van HiFi.nl te vertegenwoordigen. Volgende week deel 2.
In 2007 introduceerde Ayre Acoustics de geruchtmakende Reference MX-R monoblock eindversterker. Met zijn unieke vormgeving en z’n eindeloze muzikaliteit zette deze eindversterker een geheel nieuwe standaard in de audiowereld. Een voorversterker van hetzelfde niveau kon natuurlijk niet uitblijven. Het werd de net zo grensverleggende Ayre Acoustics KX-R – met recht een nieuwe definitie van het begrip voorversterker.
De KX-R is het resultaat van een jarenlange ontwikkeling, met de kennis die we met de gerenommeerde K-1Xe en K-5Xe opdeden als gezonde basis. Veel van de toegepaste technieken zijn een rechtstreekse evolutie van deze twee producten, gecombineerd met technieken en materialen die we voor de MX-R gebruiken. Toch is deze compromisloze voorversterker op een aantal punten ook helemaal nieuw, en daarmee uniek.
Gebalanceerde opbouw
Niet alleen de signaalverwerking geschiedt symmetrisch; voor een maximale kanaalscheiding is ook de fysieke opbouw van de KX-R geheel gespiegeld. Zo kunnen de verschillende circuits elkaar niet beïnvloeden.
Elk segment van de voorversterker beschikt over een eigen compartiment in de behuizing, die net als bij de MX-R uit een blok massief aluminium wordt gefreesd. De afmetingen van deze compartimenten zijn exact bemeten op de erin ondergebrachte schakelingen. Dat betekent dat de ruimtes steeds zo klein mogelijk zijn, waarmee de KX-R een optimale stijfheid behoudt. Zo worden mechanische trillingen geminimaliseerd. Een ander groot voordeel van deze opbouw is dat externe elektromagnetische (EM) velden zo effectief geblokkeerd worden. Door deze EM-vervuiling buiten het bereik van het signaal te houden, neemt de signaal-ruisafstand verder toe. De scheiding van de afzonderlijke compartimenten zorgt daarnaast voor een maximale reductie van klankbeïnvloedende stralingen vanuit de transformator, het display en de ic’s van de besturingslogica.
Kiezen voor een gebalanceerde opbouw betekent dat de elektrische schakeling dubbel uitgevoerd moet worden. Er worden per kanaal dus twee signalen behandeld, wat logistiek gezien een lastige opgave is. We hebben lang gezocht naar de perfecte lay-out van de inputselectie en de volumeregeling, om uiteindelijk te kiezen voor een combinatie van de besturingslogica van de K-5Xe en een van de K-1Xe afgeleide mechanische opbouw. Zo brachten we het beste van twee werelden in de KX-R samen. Ondergebracht op drie separate printen heeft elk deel van de audiomodule een specifieke taak; de inputselectie, de variabele gain stage en de volumeregelaar.
Inputselectie
De inputselectieschakeling heeft als taak om de gekozen bron met de uitgang van de voorversterker te verbinden. Dit lijkt heel eenvoudig, maar er zijn in dit traject verschillende obstakels die de weergavekwaliteit negatief kunnen beïnvloeden. Zo kunnen er signaalverliezen en kanaalverschillen optreden, en er kan sprake zijn van slijtage, overspraak en een hoorbaar verhoogde ruisvloer. Achter de inputselectieschakelaar van de KX-R schuilt dan ook meer dan u misschien zou verwachten.
Zo is de draaiknop op het front van de KXR niet de fysieke schakelaar van de inputselectie, maar een rotary encoder die door optische aftasting kijkt wat de positie van de schakelaar is. De encoder wekt een elektrisch signaal op dat aan een microprocessor aangeboden wordt. Deze processor vertaalt de gekozen positie vervolgens in een stuursignaal dat een motorgestuurde Shallco schakelaar bedient. Zo wordt een draaibeweging van de inputselectieknop op het front of een inputselectiecommando vanaf de afstandbediening omgezet in een fysieke actie van de eigenlijke inputselectieschakelaar.
Voor een optimale weergavekwaliteit moet de positie van een inputselectieschakelaar zo gekozen worden dat de signaalweg zo kort mogelijk is. Wij plaatsen hem daarom direct op het board waar alle audiosignalen binnenkomen. Om de motor die de Shallco schakelaar bestuurt op afstand van het signaal te houden, is hij voorzien van een lange, door een snaar aangedreven as die elke stap nauwkeurig overbrengt. Deze complexe schakeltechniek betekent in de praktijk dat het schakelen heel nauwkeurig en zonder enige vorm van signaalverlies verloopt, en dat het gebruiksgemak optimaal is. Om oxidatie, vuilaanslag en slijtage tegen te gaan, is de genoemde Shallco schakelaar uitgerust met zelfreinigende zilver-op-zilvercontacten.
Net als bij de K-5Xe verbindt de schakelfunctie uitsluitend de gekozen bron met de voorversterker. Van alle andere bronnen worden zowel de signaal- als de massaverbinding losgekoppeld. Door deze galvanische scheiding kunnen de niet-geselecteerde bronnen het signaal onmogelijk vervuilen. Een van de belangrijkste taken van een voorversterker – het schakelen tussen meerdere bronnen en het doorkoppelen van het gekozen signaal naar een uitgang – wordt hiermee optimaal en vrij van verlies gerealiseerd.
Variabele gain stage
Een tweede taak van de voorversterker is om het signaal van de gekozen bron geschikt te maken voor een eindversterker: het lijnniveausignaal van de bron moet aan het hier gewenste niveau aangepast worden. Het blokschema van een normale voorversterker laat zien dat de volumeregeling, die zich na de inputselectie bevindt, uitgevoerd is als een variabel verzwakkingsnetwerk. Het gaat daarbij om een mechanische potmeter ofwel, zoals bij de K-5Xe en K-1Xe, om een elektronisch circuit waarmee de gewenste weerstand voor de verzwakking geselecteerd wordt.
Dit verzwakkingsnetwerk veroorzaakt een spanningsval en dempt zo het voor de eindversterker te hoge signaalniveau, en daarmee ook het volume. Het verzwakte signaal wordt vervolgens aangeboden aan een spanningsversterker, die het met een vaste factor versterkt. In principe is dit een onlogisch systeem: het signaal wordt eerst verzwakt en daarna versterkt. Toch zijn er ook met deze setup – mits goed uitgevoerd – uitstekende resultaten te behalen. Maar het kan nóg beter.
Een belangrijk nadeel van het hierboven geschetste systeem is dat de signaal-ruisafstand afhankelijk is van het uitgangsniveau van het signaal. Het actieve circuit van de vaste versterkerschakeling produceert een vaste hoeveelheid ruis die onafhankelijk is van de stand van de volumeknop. Bij een maximale uitsturing van de voorversterker is het signaal het sterkst en daarmee de signaal-ruisafstand het grootst. Neemt het uitgangsniveau toe, dan neemt de afstand tot de ruis immers ook toe. Logischerwijs specificeren fabrikanten hun signaal-ruisafstand daarom ook naar de hier behaalde waarde. Bij een lager uitgangsniveau, zoals het gangbare luisterniveau, blijft het ruisniveau hetzelfde terwijl het signaalniveau veel lager is. Dat betekent dat de signaal- ruisafstand op dit niveau dus veel kleiner is dan de specificaties beloofden. Met de KX-R introduceren we daarom een compleet nieuwe, uitgekiende benadering van de volumeregeling. In plaats van het signaal eerst te verzwakken en het daarna met een vaste factor te versterken, maakt de KX-R gebruik van een variabele versterkingsfactor, de variabele gainstage.
Met deze gainstage, die als een variabele versterker fungeert, omzeilen we de noodzaak van het eerder genoemde verzwakkingsnetwerk voor de gainsectie. Dat betekent dat het uitgangsniveau door de versterking van de schakeling bepaald wordt, en niet meer door een verzwakkingsnetwerk.
Ingangsectie
De ingangssectie van de KX-R is een FETschakeling die rechtstreeks door het signaal van de bron aangestuurd wordt. Met de volumeregelaar worden weerstanden geschakeld, waarbij elke weerstand een specifieke versterkingfactor betekent. Door het veranderen van de weerstand in het netwerk wordt de uitgangsspanning van de versterkerschakeling dus direct gewijzigd. Dat betekent dat het volume geregeld wordt door de versterking aan te passen, in plaats van door een variabele verzwakking.
Een ander groot voordeel van de variabele gainstage is de hoge ingangsimpedantie. Bij veel andere ontwerpen wordt de impedantie bepaald door de gebruikte volumeregelaar. Als een andere volume-instelling gekozen wordt, verandert deze impedantie, waardoor er een frequentieafhankelijke interactie met de ingangscapaciteit van de inputstage ontstaat. In het ergste geval betekent dit dat de positie van de volumeregelaar invloed heeft op het frequentiegedrag van deze schakeling. Dit kan de weergave nadelig beïnvloeden. De met hoogohmige FETs uitgeruste variabele gainstage-schakeling van de KX-R maakt een hoge ingangsimpedantie mogelijk, waarbij dergelijke effecten niet optreden. Een hoge ingangsimpedantie betekent maximale geluidskwaliteit. Dat blijkt niet alleen uit ons onderzoek, maar ook uit tal van luistertests.
Ayre’s KX-R is de enige voorversterker die het uitgangniveau regelt met een variabele versterkingsfactor in plaats van met een variabele demping in combinatie met een vaste versterkingsfactor. De minimale ruisvloer en de hoge ingangsimpedantie garanderen samen een maximale resolutie, waarbij geen enkel detail gemaskeerd wordt. De grote rust van de versterker zorgt bovendien voor een sterke emotionele betrokkenheid.