Skinbjerg Audio



Skinbjerg Audio The Inverter

- 2 x 100 Watt high-end effektforstærker
- 'Inverting amplifier' kobling for minimal forvrængning
- 'Amplified transistor' kobling for organisk klang
- Ingen elektro-mekaniske komponenter i signalvejen for maksimal lydkvalitet og lang levetid
- Kraftig strømforsyning med specialviklet transformator og 'Capacitor Multiplier', virtuel kapacitet på over 6 Farad (> 6.000.000 uF)


Der findes effektforstærkere i alle prisklasser, men udover forskellige niveauer af strømforsyninger og komponentvalg, så er der ofte tale om små variationer af de samme fire-fem originale kredsløbs-design, udviklet i 1970erne.
Derfor lyder de mange forstærkere ofte meget ens.
The Inverter har et helt unikt kredsløbs-design og skiller sig markant ud rent lydmæssigt.
Kredsløbet er baseret på jfets og MOSFETs og er resultatet af 15 års udvikling og fintrimning. Det er næsten identisk med det kredsløb der findes i Skinbjerg Audio Pickup Forstærker, dog med kraftige MOSFETs i udgangen som vel at mærke er placeret i en unik kredsløbskobling med jfets, så man får MOSFETens styrke med jfet'ens klang.
The Inverter lyder luftig, præcis, afslappet og med et musikalsk 'drive'.

Hvis du vil bestille The Inverter så klik blot på knapperne herover, men hvis du læser videre herunder så følger der en teknisk gennemgang af de mange unikke løsninger der er bygget ind i The Inverter.



Inverting Amplifier kobling

I andre forstærkere bliver det globale feedback sendt til den negative indgang og indgangssignalet til den positive indgang. Det hedder en ikke-inverterende kobling.
Dette gør at indgangssignalet sammenlignes med en kopi af udgangsignalet af de separate komponenter i den positive indgang og i den negative indgang.
Ved at sende både indgangssignalet og det globale feedback signal til den samme indgang (der så er nødt til at være den negative), så sammenlignes indgangssignalet direkte med udgangssignalet i de samme komponenter udelukkende i den ene indgang.
Derfor bliver indgangssignalet den direkte reference for udgangssignalet i stedet for at det teknisk set er to forskellige signaler.
Dette hedder en inverterende forstærkerkobling eller 'Inverting Amplifier'.

Det er en kendt sag at den inverterende kobling har målbart lavere forvrængning end den ikke-inverterende kobling.
Alligevel vælges der i 99% af alle effektforstærkere den ikke-inverterende kobling, udelukkende fordi at man ikke vil vende signalets absolutte fase. Det er synd for dette problem kan nemt klares på en anden måde helt uden påvirkning af lyden, nemlig ved at bytte om på plus og minus på højttalerterminalerne.
Forbedringen i lydkvaliteten ved 'Inverting Amplifier' teknologien er så markant at denne kobling naturligvis er valgt.
Det er også derfor at forstærkeren hedder The Inverter, fordi den inverterer signalet.
Der er dog allerede byttet rundt på den røde og sorte terminal internt, så du skal bare tilslutte forstærkeren helt som normalt.
Resultatet er både lavest mulig forvrængning og korrekt absolut fase.


Amplified Transistor kobling

Jfets lyder bedre end MOSFETs, men desværre findes jfets ikke med tilstrækkelig strømkapacitet til brug som udgangstransistorer (ikke som både N og P kanal i hvert fald).
Derfor benyttes der i The Inverter en kombination af jfets og MOSFETs i en kobling der hedder 'Amplified transistor'.
Kort fortalt så sidder MOSFETen i en kort lokal modkoblingssløjfe med jfet'en, således at MOSFETen leverer den store strøm (til højttalerne), men det er jfet'en der bestemmer forstærkningen og det er dermed jfet'ens lyd man hører.
Som udgangstrin er der sammenlignet med både source-følgere, CFP/Sziklai-trin (hvor udgangen tages fra MOSFETernes drain terminaler) og quasi-complementary (med to N-Kanaler i stedet for en N-kanal og en P-kanal), men lydkvaliteten ved at benytte 'Amplified Transistor' er simpelthen bare bedre end alle de før nævnte.

Lyden er åben og detaljeret som en sourcefølger, men samtidig dynamisk og organisk som en CFP/Sziklai.




Ingen elektro-mekaniske forbindelser

Det svage punkt i ellers velkonstrueret elektronik ligger ofte i de elektro-mekaniske komponenter der sidder i signalvejen. Omskiftere, potentiometre, relæer, små stik på printkorts etc., alle steder hvor elektrisk kontakt skabes ved at lægge to stykker ledende materiale fysisk mod hinanden, men uden at de er loddet sammen.
Langsomt men sikkert vil overfladerne oxidere, og der opstår dårlig kontakt.
Apparatet vil få dårligere og dårligere lyd, for til sidst slet ikke at sende lyd igennem.

Det er selvfølgelig ikke optimalt, og derfor benyttes ingen af disse typer komponenter i The Inverter.
Alt er simpelthen loddet sammen hvilket som bekendt skaber en metallurgisk forbindelse hvor komponenternes overflader smeltes sammen og agerer som ét samlet materiale. De eneste elektro-mekaniske overgange i denne forstærker opstår kun når man tilslutter forforstærker og højttalere til ind- og udgangsstik.

En anden faktor til dårlig forbindelse er i højttalerterminalerne, især i den type der modtager løse ledningsender eller spadestik. Skrueterminalernes møtrik-ender løsner sig ganske langsomt, og kontakten mellem terminalen og de løse ledningsender eller spadestikket bliver ustabilt.
Et godt tip hvis du bruger spadestik eller løse ledningsender: Stram dem med jævne mellemrum, både på din forstærker og på dine højttalere. Ofte giver det med det samme en hørbar forbedring.
En anden faktor ved disse stik er at løse ledningsender øger risikoen for kortslutning, hvis et par enkelte corer er stukket af.

For både at undgå selv-udskruende forbindelser og mindske risikoen for kortslutninger, er det kun muligt at tilslutte The Inverter til højttalerne med bananstik. I den professionelle lydsektor bruger man nogle virkeligt lækre stik (Speakon) men det har aldrig rigtigt vundet indpas i hi-fi, tilgengæld er bananstik både udbredte og meget pålidelige.
De benyttede højttalerstik i The Inverter er guldbelagte laboratorie stik uden mekaniske overgange der kan overføre 32 Ampere.



Solid State Output Relay

Som beskrevet ovenfor så er elektro-mekaniske komponenter i signalvejen en virkelig dårlig ide, og netop beskyttelses-relæet i serie med udgangen er en af de allerhyppigste fejlkilder, da der her løber store strømme og kontakterne derfor oxiderer hurtigere end i f.eks. et relæ i signal-omskifteren.
Enhver radiomekaniker kender problemet: Tit bliver lyden mere og mere skrattende de første 1-5 år, og efter ca. 7-10 års brug kommer der ofte slet ikke lyd igennem relæet længere, fordi at signalet skal op på et par hundrede millivolt før end lyden kan 'slå igennem' oxideringen.
Af flere årsager er det dog nødvendigt at beskytte de tilsluttede højttalere mod høj DC spænding på udgangen, så at droppe relæet helt er en dårlig idé.

Heldigvis findes der en løsning som længe har været brugt i industrien til sikkert og tabsfrit at styre store strømme til industrimaskiner, montage-robotter etc., løsningen hedder Solid State Relay. Det er relæ uden bevægelige dele og er dermed ikke en elektro-mekanisk komponent men en rent elektrisk en af slagsen. Den består af to MOSFETs der arbejder i enten helt lukket tilstand med millioner af ohms modstand, eller helt åben tilstand med en ekstremt lav seriemodstand.
Et klassisk elektro-mekanisk relæ af den type der ofte bruges i andre forstærkere og som kan håndtere 10 Ampere per kontakt, har en seriemodstand på op til 0,1 Ohm fra helt ny, hvor de her benyttede MOSFETs har en seriemodstand på ca. 5 miliOhm (0,005 Ohm).

Solid State relæet påvirker altså lyden meget mindre end selv et spritnyt elektro-mekanisk relæ, og så undgår man endda at skulle have skiftet relæet efter 5-10 år fordi at Solid State relæet bare virker 100% perfekt i hele forstærkerens levetid.




Intet bias potentiometer
Et andet problem som enhver radiomekaniker kender til, er når trimme-potentiometeret til indstilling af bias er blevet defekt pga. alder, og afhængig af konstruktionen får forstærkeren til enten at gå i ren klasse B med crossover forvrængning, eller at brænde udgangstransistorerne af!
Hos Skinbjerg Audio betragtes dette potentiometer som en overflødig risiko-faktor, så den er helt fjernet i The Inverter.

Bias potentiometeret bestemmer den forspænding (bias) som giver den ønskede tomgangsstrøm (Idle current) i udgangstransistorerne.
Bias spændingen skal sættes, måles og kontrolleres specifikt i det enkelte forstærker-eksemplar pga. store variationer i udgangstransistorernes Vbe, Hfe eller MOSFETs Vgs. Den nemmeste løsning er at montere et trimmepotentiometer, justere dette ved test, og så er det klaret.



Men et potentiometer er en sart komponent, med en fjedrende metalarm der slides henover en kulbane. Alder, slidtage, oxidering og årevis af vibrationer eller mekaniske stød, kan få denne arm til at slippe, og det sker ofte.
Ovenikøbet er der ikke noget aldersbetinget 'drift' i udgangstransistorernes arbejdspunkter, så der er intet behov for senere at skulle justere bias-niveauet når først det er sat, og derfor ingen grund til at beholde en så ustabil komponent i et eksklusivt hi-fi apparat.
Men alligevel findes det i 99% af alle forstærkere, også i high end.

I The Inverter findes det nøjagtige bias niveau ved en omhyggelig proces der involverer et midlertidigt potentiometer, lang opvarmningstid, høj afsat effekt i kølepladerne, nedkøling og genopvarmning for kontrol, samt en langtidstest med flere kontrolmålinger.
Til sidst erstattes det midlertidige potentiometer med en fast modstand af præcis den værdi som potentiometeret viste, måske trimmet til perfektion ved hjælp af to modstande i serie eller parallel for at opnå den helt rigtige værdi.
Således er bias og idle niveauet helt perfekt, og forbliver på nøjagtigt dette niveau i hele forstærkerens levetid.
Endnu en risiko-faktor er elimineret.






Filtreret Non-Ground-Breaking DC-servo
For at undgå at selv små jævnstrøms spændinger ligger permanent over højttalerudgangen, så er denne forstærker naturligvis forsynet med et DC-servo kredsløb.
Forstærkere uden DC-servo kan have op til 50-80 miliVolt DC-forskydning hvilket kan være direkte skadeligt for dine højttalere.
DC-servoen i The Inverter arbejder meget præcist og derfor er der typisk mindre end 5 miliVolt DC-forskydning på udgangen.

At udforme en DC-servo der ikke påvirker lydkvaliteten er dog en stor udfordring, men ved at vælge et angrebspunkt som ikke bryder jordforbindelsen er den lydmæssige påvirkning minimeret.
Indgangstrinnet har simpelthen stadig direkte reference til indgangs-jord, og DC-servoen skubber bare ganske blidt balancen på plads.
Navnet på dette kredsløb har jeg valgt til Non-Ground-Breaking DC-servo fordi at jord ikke afbrydes (...selv om at enhver marketing mand måske hellere ville kalde den for Groundbreaking DC-servo!)

En anden lille detalje som mange andre forstærkere ikke tager højde for er, at DC-servo kredsløbet også selv støjer, og det kan høres som hvid støj, eller susen, i højttalerne.
For at undgå dette er DC-servoen i 'The Inverter' også filtreret på dens udgang, således at det vitterligt kun er jævnspænding /DC under 1,5Hz som den blander sig i.
Resultatet er at det uundgåelige baggrunds-sus fra forstærkeren er meget lavt, også selv om man lægger øret helt tæt på højttalerne.




Specialviklet transformator
Når snakken går på strømforsyninger, så har mange desværre en alt for høj fokus på elektrolytkondensatorerne, i stedet for transformatoren.
Det er transformatoren der er den absolut vigtigste komponent, når det kommer til at kunne levere en høj strøm uden at spændingen falder og dynamikken i lyden forsvinder.
Derfor har jeg fået specialviklet en transformator med ekstra lav impedans i sekundærviklingerne, og med en kerne der er overdimensioneret til det tre-dobbelte at undgå mætning.

Ovenikøbet er transformatoren med en intern skærm, altså en elektrisk skærm mellem primær og sekundærviklingerne, som er ført ud med en separat ledning til chassis-stel. Denne skærm forhindrer kapacitiv overførsel mellem viklingerne der jo altså er viklet direkte oven på hinanden.
Dermed er transformatoren meget bedre til at afvise højfrekvent støj på nettet, og er det tætteste man kommer på et netstøjsfilter der rent faktisk virker til en effektforstærker. (Læs evt. mere om hvorfor et eksternt netstøjsfilter ikke virker på en effektforstærker under Netstøjsfilter)






Capacitor Multiplier Strømforsyning
Det er dog også vigtigt at strømforsyningens kondensatorer har en høj samlet kapacitans, både for at der momentant kan leveres strøm nok til en krævende højttalerbelastning, men også for at dæmpe støj (brum og snerren) fra strømforsyningen.
En høj værdi med mange uF opnås som regel ved at bruge mange og/eller store kondensatorer, men det kostbart og det introducerer andre problemer så det er ikke altid den optimale løsning.
Den ægte kapacitet i The Inverter er sammen med transformatorens lave impedans alt rigeligt til at levere masser af strøm til højttalerne.
Men for at opnå en høj virtuel kapacitet til at dæmpe støjen fra strømforsyningen så benyttes der en kobling der hedder 'Capacitor Multiplier'. Det fungerer ved at man bruger strømforstærkningen i et sæt transistorer til at gange en kapacitans mange hundrede gange op, og dermed sænke strømforsyningens impedans drastisk. På den måde kan man med en normal størrelse kondensator opnå meget stor virtuel kapacitans, og i 'The Inverter' er der hvad der svarer til over 6 Farad (6.000.000 uF).
Det giver en helt brum- og støjfri forsyning til forstærker trinene, og musikken i højttalerne fremstår klar og tydelig på en helt sort baggrund.




Transformator snubbers

Når transformatorens vekselstrøm udglattes til jævnstrøm med ensretterdioder, så opstår der er en højfrekvent ringning når dioderne lukker, fordi at der dannes en svingningskreds bestående af induktansen i transformatorens sekundærvikling og parasit-kapaciteten i ensretterdioderne. Denne resonans ved flere hundrede kiloHertz vil man jo helst undgå, så derfor benytter visse andre forstærkere dioder af typen Schottky eller HEXFRED med lavere parasit-kapacitans som ensrettere.
Det fjerner ikke resonansen men flytter det bare op i MegaHertz området, hvor det måske nok generer mindre, men det har altså på ingen måde løst problemet.


I stedet for at symptom-behandle ville det være meget bedre hvis man helt kunne fjerne årsagen til at resonansen opstår, og det er netop hvad de indbyggede transformer snubbers i The Inverter gør: Ved at tilføje en simpel impedanskorrigerende suge-kreds bestående af en modstand og en kondensator parallelt over sekundærviklingen inden dioderne, så er sekundærviklingen slet ikke i stand til at udvikle denne resonans, og derfor dør støjpulserne simpelthen ud med det samme.
Dette kredsløb fjerner simpelthen årsagen til at problemet opstår til at starte med, og resultatet er en næsten helt støjfri ensretning.
En velkendt og gennemprøvet teknik, der virker langt bedre end Schottky og HEXFRED dioder.




Tekniske data
2 x 100 Watt RMS i 8 Ohm, 2 x 200 Watt RMS i 4 Ohm
Frekvensområde: 2 Hz - 80 kHz
THD = max 0,1% (8 Ohm @ 15 watt)
Slew rate: 100 V / uS
S/N: 115 dB(A) / 98 dB unweighted
Gain: +24 dB / 22 x
Indgangssignal for fuld udstyring: 1,5 Volt RMS
Indgangsimpedans: 10 kOhm / 100 pF
Dimensioner: 430 x 300 x 120 mm, vægt 12,5 kg