Katsotaanpa esimerkki siitä, miten tämä toimii. Kuvittele, että soitat kitarallasi joitakin nuotteja, mutta tällä kertaa kytket sen vahvistimeen. Kitarasi tuottaa heikon signaalin, ja vahvistin ottaa sen vastaan ja tekee siitä vahvemman.
Oheisessa kuvassa näet kitarasignaalisi (sininen) ja vahvistetun lähtösignaalin (punainen).
Kuten näet, vahvistin tekee matalista pisteistä matalampia ja korkeista pisteistä korkeampia, joten se tekee signaalista kokonaisuutena vahvemman.
Mutta mihin me ylipäätään tarvitsemme tätä vahvistusta?
Voit kuvitella, että suuri konserttikaiutin tarvitsee erittäin vahvan signaalin tuottaakseen yli 100 desibelin äänenvoimakkuuden, joka on tarpeen, jotta väkijoukko saisi sen avulla aikaan tanssimista, hyppimistä tai headbangia. Loppujen lopuksi ääni on vain liikkuvaa ilmaa, ja ilman liikuttamiseen tarvitaan kaiuttimia, jotka fyysisesti liikkuvat.
Vahvistin on laite, joka muuttaa levysoittimesta, sähkökitarasta tai mikrofonista tulevan pienitehoisen signaalin suuritehoiseksi, joka kykenee kuljettamaan ääntä kaiuttimien läpi ja laajojen festivaalialueiden halki.
Audiovahvistin voi olla erillinen yksikkö, joka on suosittu audiofiilien keskuudessa, jotka haluavat hallita rakeisesti musiikkinsa jokaista osa-aluetta. Useimmissa nykyaikaisissa musiikkilaitteissa – samoin kuin puhelimissa, mp3-soittimissa, televisioissa, kannettavissa tietokoneissa jne. – on kuitenkin sisäänrakennettu vahvistin. Muusikoiden soittimissaan käyttämissä kaiuttimissa (joita joskus kutsutaan yksinkertaisesti ”vahvistimiksi” tai ”ampeereiksi”) on yleensä yhdistetty vahvistin ja kaiutin samaan koteloon.
Niin… Siinäkö kaikki? Vahvistimet tekevät äänestä kovempaa?
No, kyllä. Mutta se ei ole niin helppoa kuin ehkä luulet. Nykyään on helppo pitää itsestäänselvyytenä sitä, että jokainen laite voi tehdä äänen kovemmaksi pyydettäessä (mieluiten älypuhelimella). Mutta se, että tämä on mahdollista, johtuu sisäänrakennetuista vahvistimista järjestelmissä, joiden kanssa olemme tekemisissä päivittäin.
Eikä se tarkoita, että vahvistaminen olisi suoraviivaista. Monet tekijät, kuten vahvistus (ulostulon teho), kohina (ei-toivotut ylimääräiset äänet) ja särö (sumea efekti, joka syntyy, kun vahvistin viedään yli rajojensa), määrittävät vahvistimen luonteen ja laadun.
Yksi toinen tärkeä tekijä on taajuusvaste. Sillä mitataan, kuinka paljon vahvistin reagoi korkeisiin ja mataliin taajuuksiin. Jos esimerkiksi tietty vahvistin saa matalat äänet paljon kovemmiksi kuin korkeat äänet, kyseisen vahvistimen taajuusvaste on vinoutunut. Toisin sanoen: se vääristää tuloa.
Jotkut ihmiset haluavat vahvistimen, jonka taajuusvaste on mahdollisimman lineaarinen, jotta kaikki taajuudet ovat yhtä lailla edustettuina ulostulossa. Jos kuitenkin pidät siitä tunteesta, kun syvä basso kutittaa tärykalvoasi, kannattaa ehkä valita vahvistin, joka korostaa matalia taajuuksia. Kuten Monster Beats Tour -kuulokkeiden vahvistin:
Okei, miten vahvistin toimii?
Katsotaanpa, mitkä ovat jokaisen vahvistimen perusvaiheet:
- Ensiksi se ottaa sisään kaksi tuloa: 1) voimakkaan sähkövirran pistorasiasta ja 2) heikon signaalin kitarastasi, mikrofonista tai elektronisesta kolmiosta.
- Sitten se käyttää signaalia säätääkseen suuritehoisen virran. Kuvittele, että tulo toimii porttina, joka päästää virran läpi täsmälleen tulosignaalin mukaan. Tämä vaihe on ratkaisevan tärkeä, koska se muuttaa virran vahvemmaksi versioksi tulosignaalista.
- Uusi signaali lähetetään kaiuttimeen.
Tämän ydinprosessin lisäksi keskivertovahvistimesi tekee paljon muokkausta, suodatusta ja tarkistusta, kaikki varmistaakseen, että ulostulon ääni on tarkkaa ja nättiä.
Mutta entäpä sitten lamput?
Aika ryhtyä historialliseksi! Vahvistimet eivät ole pysyneet samoina sen jälkeen, kun ne keksittiin vuonna 1912. Vuosikymmenien ajan vahvistus tehtiin tyhjiöputkilla. Nämä ovat fyysisiä lasiputkia, joissa on kolme komponenttia:
- alhaalla oleva lämmitinelementti, jota kutsutaan katodiksi;
- ylhäällä oleva levy, jota kutsutaan anodiksi;
- keskellä oleva ritilä, joka voi estää tai päästää läpi hiukkasia.
Katsotaan nyt, miten putkivahvistin suorittaa edellä mainitut kolme vaihetta.
Ensin katodi kuumenee, se alkaa hehkua punaisena ja se laukaisee elektroneja – pieniä sähköhiukkasia. Nämä elektronit haluavat virrata ylöspäin, koska varaamme myös anodin positiivisesti. Koska elektronit ovat negatiivisesti varattuja, kaikki positiivinen vetää niitä puoleensa. Näin syntyy jatkuva elektronivirta katodilta anodille; sähkövirta vaiheesta 1.
Tässä kohtaa keskellä oleva verkko tulee mukaan peliin. Se on negatiivisesti varautunut ja siten hylkii elektroneja ja estää niitä pääsemästä anodille. Tämä ristikko on kuitenkin kytketty kitarasi tulosignaaliin. Ja vaikka se toimii porttina, joka estää elektronivirran, se päästää joitakin hiukkasia läpi, jos se saa signaalin kitarasta. Kuvittele, että soitat nuotin kitarallasi. Se lähettää signaalin vahvistimeen, putken portille, joka käskee porttia päästämään joitakin elektroneja läpi. Mikä parasta: elektronivirta on niin hurja, että jokaista tulosignaalin elektronia kohden portti päästää läpi useita elektroneja. Niinpä elektronivirta muuttuu tulosignaaliksi, paitsi voimakkaampana. Tämä on vaiheen 2 vahvistus.
Tämän uuden signaalin poimii sitten anodi, joka kanavoi sen edelleen järjestelmän seuraavaan komponenttiin. Useimmissa vahvistimissa on useita putkia useita vahvistusvaiheita varten, joten signaali lähetetään joko seuraavan putken verkkoon tai ulos vahvistimesta ja kaiuttimeen. Tämä on vaihe 3.
Kuten kävi ilmi, nämä vanhat putkivahvistimet tekivät aika hyvää työtä! Joidenkin näiden vahvistimien ääni oli ilmiömäinen, kuten elektroniikkalehti Wireless World kirjoitti Williamson-vahvistimesta vuonna 1947:
Minkäänlaista vääristymää ei ole havaittavissa edes silloin, kun vahvistin toistaa urkumusiikkia, mukaan lukien pedaalien nuotit, joiden nopeus on luokkaa 20c/s , ja jotka saavuttavat maksimitehon kynnyksen. Suoralla mikrofonipiirillä tehdyt testit, joissa käytetään ääniä, kuten näppäinten kilinää, paljastavat poikkeuksellista realistisuutta. Vahvistinta voidaan kuvailla lähes täydelliseksi korkeimman uskollisuuden kanavien äänentoistoon.
1970-luvulla useimmat vahvistimet hylkäsivät tilaa vievät tyhjiöputket ja siirtyivät transistoreihin. Nämä ovat – yleensä pieniä – elektronisia laitteita, jotka mahdollistivat samanlaisen vahvistuksen kuin tyhjiöputket. Ja on helppo ymmärtää, miksi ihmiset siirtyivät: transistorit ovat pienempiä, kevyempiä ja energiatehokkaampia.
Joidenkin mielestä tällä tehokkuudella on kuitenkin hintansa. He sanovat, että putkivahvistimen ääni on lämpimämpi ja täyteläisempi kuin transistorivahvistimen. Aivan kuten keskustelu vinyyli- ja mp3-levyistä, tämäkin on keskustelu, joka ei ole läheskään vakiintunut audiofiilien keskuudessa.
Jotkut muusikot suosivat putkivahvistimia yksinkertaisesti siksi, että ne antavat heille luonnollisen tavan luoda overdrivea: kun putkivahvistinta työnnetään liian pitkälle, se katkaisee ääniaaltojen huiput ja laaksot, mikä synnyttää karhean efektin. Chuck Berryn kaltaiset artistit käyttivät tätä efektiä hyväkseen kiehtoen nuorisoa ja kauhistuttaen vanhempia särmikkäällä soundillaan. Myöhemmin muusikot jäljittelivät tätä overdrive-efektiä pedaaleilla ja loivat siitä raskaampia versioita, kuten säröä ja fuzzia.
Nyt näitä efektejä voi tietysti myös helposti jäljitellä pedaaleilla. Mutta vaikka niiden vintage-edut ovatkin menneet kehittyneemmän tekniikan jalkoihin, vahvistimet ovat edelleen korvaamaton osa jokapäiväistä elämäämme.