എന്തു കൊണ്ട് Class-A?

    വളരെ സംഗതമായ ഒരു ചോദ്യം തന്നെ. പക്ഷെ വളരെ ലഘുവായ ചില ഉത്തരങ്ങളല്ലാതെ ഈ വിഷയത്തെ ആരും ആഴത്തിൽ പരിശോധിച്ചതായി എന്റെ അറിവിൽ പെട്ടിട്ടില്ല. Class-A ആമ്പുകളുടെ മാസ്മരിക വലയത്തിൽ പെട്ട് പോയവർക്കും അതിനെ “പെരുത്ത് ഇഷ്ടമാണെ”ന്നല്ലാതെ അതിനെക്കുറിച്ച് വ്യക്തമായ ഒരു “പിടിപാടുണ്ടെന്നു” തോന്നുന്നില്ല. എന്നാൽ അന്തമില്ലാത്ത “ചൂടൻ” ചർച്ചകൾക്ക് ഈ ചോദ്യം വിഷയീഭവിക്കുന്നു എന്നത് വാസ്തവമാണ്. (എവിടെ class-A ഉണ്ടോ, അവിടെ ചൂടും കാണും എന്നതാണല്ലോ സത്യം!)

ശബ്ദസൗകുമാര്യത്തെ സ്നേഹിക്കുന്ന ഏതൊരാളും ഇഷ്ടപ്പെടുന്ന ഒന്നാണ് class-A ആമ്പുകൾ. Tube/valve ആയാലും, solid state ആയാലും audiophiles ൻ്റെ ഇടയിൽ ഒരു “universal appeal” ഉള്ളത് class-A ആമ്പുകൾക്കു തന്നെയെന്ന് പറയാം. ഇവരിൽ തന്നെ, എത്ര നന്നായാലും ഒരു solid state ആമ്പിനു ഒരിക്കലും ഒരു tube ആമ്പിനോട് കിടപിടിക്കാൻ ആവില്ല എന്ന് ഉറച്ചു വിശ്വസിക്കുന്ന ഹോബിയിസ്റ്റുകളും ധാരാളമുണ്ട്. ഈ വിശ്വാസത്തിന്റെയും, തിരഞ്ഞെടുപ്പിലെ മുൻഗണനയുടെയും അടിസ്ഥാനം ഒരു പിടി കാരണങ്ങളാണ്.

ക്രോസ്സോവർ കടമ്പ

ലളിതമായ, അടിസ്ഥാനപരമായ, സത്യസന്ധമായ ഒന്നാമത്തെ മറുപടി, crossover distortion എന്ന കടമ്പ ഒഴിവാക്കാൻ class-A ആമ്പുകൾക്കു കഴിയും എന്നത് തന്നെയാണ്. Class-B യിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന push-pull ആമ്പുകൾ waveform നെ പോസിറ്റീവും, നെഗറ്റീവും പകുതികളാക്കി മുറിച്ചു കൈകാര്യം ചെയ്തു, ശേഷം കൂട്ടിയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ ചില “artifacts” (*) ശബ്ദത്തിന്റെ പൂര്ണതയ്ക്കു ഭംഗം വരുത്തും. ഇതാണ് crossover distortion. (വിശദമായ ഒരു ചെറു വായനക്കായി web ലേക്ക് കയറുന്നതു നന്നായിരിക്കും – https://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp_7.html )

Sine wave showing crossover distortion

 

Crossover distortion നെ പടി കടത്താനായി ഡിസൈനേഴ്സ് കണ്ടു പിടിച്ച ഒരു കുറുക്കു വഴിയാണ് class-AB operation എന്ന് പറയാം. അതായതു class-B യിലേക്ക് ഒരല്പം A കൂട്ടിച്ചേർക്കുക. ഒരു class-B ആമ്പിന്റെ ഓരോ പകുതികളും ഒന്നിടവിട്ട് on ആകുകയും, off ആകുകയും ചെയ്യുന്നതിൻ്റെ ഇടവേളയാണല്ലോ amplify ചെയ്യപ്പെടുന്ന waveform ൻ്റെ പൂർണത നശിപ്പിച്ചു കളയുന്നത്. ഈ ചെറിയ ഭാഗം കൈകാര്യം ചെയ്യാനായി ആമ്പിന്റെ രണ്ടു പകുതികളും എപ്പോഴും on ആയി നിൽക്കുന്ന തരത്തിലുള്ള അല്പം bias നൽകിയാൽ ഈ പ്രശ്‍നം പരിഹരിക്കാവുന്നതേയുള്ളു. ഇന്നു ഉപയോഗത്തിലുള്ള ഒട്ടുമുക്കാലും ഈ രീതിയിലുള്ള class-AB ആമ്പുകൾ ആണ്.

“Pure class-A” ആമ്പുകളുടെ bias അതിനു കൈകാര്യം ചെയ്യാവുന്ന maximum signal output നേക്കാളും ഉയർന്നിരിക്കണം എന്നുള്ളത് കൊണ്ട് തന്നെയാണ് അവ “ചൂടൻ” ആമ്പുകളായിരിക്കുന്നതു. മാത്രവുമല്ല അവയുടെ efficiency പ്രായോഗികമായി ഏതാണ്ട് 20 % (കഷ്ടി 25 %) മാത്രമേ ഉണ്ടാവൂ. അതിനർത്ഥം 100 W power ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു class-A ആമ്പ് അതിന്റെ ഏകദേശം അഞ്ചിലൊന്ന് മാത്രമേ സ്‌പീക്കറിലേക്കു നൽകുന്നുള്ളൂ എന്നാണ്. ബാക്കി മുഴുവൻ ചൂടായിട്ടു പുറം തള്ളപ്പെടുന്നു.ഇതിനാലാണ് പൊതുവെ തണുപ്പ് രാജ്യങ്ങളിലുള്ള audiophiles ഇവയെ “room heaters” എന്ന് വിളിക്കുന്നത്.

Ambient temperature പൊതുവെ 30 ഡിഗ്രിയിലും വളരെ ഉയർന്നു നിൽക്കുന്ന നമ്മുടെ നാട്ടിൽ class-A ആമ്പുകൾക്കു എത്ര തന്നെ വലിയ heatsink നൽകിയാലും മതിയാവില്ല എന്ന വസ്തുത ഓർത്തിരിക്കുന്നതു നന്നായിരിക്കും.Heatsink ൽ ഒരു പത്തിരുപതു സെക്കൻഡ് എങ്കിലും കൈ തൊട്ടിരിക്കാൻ സാധിക്കുമെങ്കിൽ മാത്രമേ output devices ൻ്റെ junction temperature ഒരു 50–60 ഡിഗ്രിയിൽ താഴെ ആയിരിക്കു. ദീർഘകാലത്തെ വിശ്വാസ്യതയോടെയുള്ള പ്രവർത്തനത്തിന് ഏതൊരു ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണത്തിനും ഇതാവശ്യമാണ്.

ടെക്നോളജിയുടെ കുതിച്ചുചാട്ടം ഉയർന്ന power കൈകാര്യം ചെയ്യുന്ന ഒട്ടു വളരെ പുതിയ transistors ഉം, MOSFETs ഉം നമുക്ക് നൽകി. ഇതു മുതലെടുത്തു കൊണ്ട് പല ആമ്പ് കമ്പനികളും പുതിയൊരു തന്ത്രവുമായി ഇക്കഴിഞ്ഞ പത്തിരുപതു വർഷമായി രംഗത്തുണ്ട്. ഞങ്ങളുടെ ആമ്പുകളാണ് യഥാർത്ഥ fidelity നൽകുന്നത്, എന്ത് കൊണ്ടെന്നാൽ ആദ്യത്തെ 10 അല്ലെങ്കിൽ 20 Watt “pure class-A” ആണ്, ബാക്കി ഉയർന്ന power output AB യിലും…പോരെ!! Purity ക്കു purity, power നു power …ആനന്ദലബ്ധിക്കു ഇനിയെന്തുവേണം!

“The First Watt is the most important watt” … എന്ന ആപ്തവാക്യം ശരി തന്നെയാണ്. Nelson Pass ൻ്റെ അതിപ്രശസ്തമായ trade mark എന്ന നിലയിൽ ലോകം മുഴുവൻ തിരിച്ചറിയുന്ന ഒരു “quote” ആണിത്. പ്രസിദ്ധമായ Stereophile മാസികയിലെ എണ്ണപ്പെട്ട reviewer ആയ ശ്രീ Dick Olsher ൻ്റെതാണ് ഈ “മാണിക്യവാചകം”.  ശ്രീമൻ പാസ് തന്നെ അതേക്കുറിച്ചു വിശദീകരിച്ചിട്ടുണ്ട് – ലിങ്ക് കാണുക : https://www.firstwatt.com/#:~:text=Dick%20Olsher%20famously%20remarked%20that,%2Dtable%E2%80%9D%20effort%2C%20exploring%20unusual

ശ്രീ. പാസ്സിൻ്റെ നിരീക്ഷണങ്ങൾ ശ്രദ്ധിക്കുന്നത് audiophiles നു ഗുണമേ ചെയ്യൂ എന്നാണെൻ്റെ അഭിപ്രായം.

ആ രീതിയിൽ നോക്കിയാൽ ഈ ആമ്പുകൾ നല്ലതു തന്നെയാണ്. ഒരുമാതിരി efficiency ഉള്ള സ്‌പീക്കറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഗൃഹാന്തരീക്ഷത്തിൽ സംഗീതം ആസ്വദിക്കാൻ ഒരു ഒന്നോ രണ്ടോ watt ൻ്റെ ആവശ്യമേ ഉള്ളു. അതിനായി എടുത്താൽ പൊങ്ങാത്ത, വലിയ വിലയുള്ള ഒരു 250 W ആമ്പിന്റെ ആവശ്യമെന്താണ്? നാടൻ രീതിയിൽ പറഞ്ഞാൽ “അടിച്ചു പൊളിക്കാൻ” കൊള്ളാം!

ഇവിടെ മറ്റൊരു കാര്യം ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതുണ്ട്. Spec യുദ്ധത്തിൽ മേൽക്കൈ നേടാനായി ആദ്യത്തെ 10, 20, 30, 40 W ഇങ്ങിനെ പറഞ്ഞു പോകുന്ന ഈ high bias ആമ്പുകളിൽ പലതിനും ആ നിലവാരത്തിൽ class-A output sustain ചെയ്യാൻ പാകത്തിലുള്ള വലിയ heatsink കളും, heavy power supplies ഉം ഇല്ല എന്നതാണ് സങ്കടകരമായ വസ്തുത. പലപ്പോഴും ഈ higher bias താങ്ങാനാകാതെ ഇവയിൽ പലതും അകാലചരമം പൂകിയതായും അറിയാം. ഇവയിൽ പലതും ഒരു “compromise design” ആണ്, നല്ലതാണെങ്കിലും. അതിൻ്റെ പിറകെ പോകുമ്പോൾ ഒരല്പം കരുതൽ ആവശ്യം തന്നെ.

നല്ല efficiency ഉള്ള, heavy crossover കളുടെ സങ്കീർണതകൾ ഇല്ലാത്ത, നിങ്ങളുടെ കാതുകൾക്ക് ഇമ്പം തരുന്ന സ്‌പീക്കറുകൾ ഉണ്ടെങ്കിൽ ഒരു 3 മുതൽ 10 Watt വരെയുള്ള ഒരു pure class-A ആമ്പിനു നിങ്ങളുടെ ഏതു ആവശ്യങ്ങളെയും നിറവേറ്റാൻ കഴിയുമെന്നതിൽ തർക്കമില്ല. അവിശ്വസനീയമെന്നു തോന്നുമെങ്കിലും വാസ്തവത്തിൽ ഒരു 4 – 5 inch full-range driver ഒരു back-loaded horn enclosure ലോ, ഒരു Onken-ported enclosure ലോ ഉറപ്പിച്ചാൽ western classical മുതൽ, jazz, പൗരസ്ത്യ സംഗീതം, എന്തിനു പറയുന്നു Japanese drums വരെ ആസ്വദിക്കാൻ അത് തികച്ചും മതിയാവും. ഒരു ആറോ, എട്ടോ ഇഞ്ച് full-range driver ആണെങ്കിൽ പറയുകയും വേണ്ട. “അവൽ ഇടി bass” നു പകരം, സംഗീതോപകരണങ്ങളുടെ യഥാ തഥ tone ആസ്വദിക്കാൻ ഇതു ധാരാളം മതിയാവും.

ഹാർമോണിക് മാജിക്‌

അങ്ങിനെ crossover distortion ൻ്റെ കഥ കഴിക്കാനായി ഒരു pure class-A ആമ്പ് നമ്മൾ തിരഞ്ഞെടുത്തു കഴിഞ്ഞു. വളരെ നല്ലതു. എന്നാൽ അത് മാത്രമാണോ “എന്ത് കൊണ്ട് class-A” എന്ന ചോദ്യത്തിനുള്ള ഉത്തരം? തീർച്ചയായും അല്ല തന്നെ.

സംഗീതാസ്വാദനത്തിന്റെ, fidelity യുടെ ഉയർന്ന തലങ്ങളിലേക്ക് എത്തണമെങ്കിൽ കടമ്പകൾ പലതാണ്. അവയിലൊന്നാണ് harmonics ൻ്റെ മായാജാലം. ഇതിനെക്കുറിച്ച് അല്പം വിശദമായ ചർച്ച അന്യത്ര നടത്തിയിട്ടുള്ളത് കൊണ്ട് വായനക്കാരുടെ ശ്രദ്ധ അതിലേക്കു പതിഞ്ഞാൽ നന്നായിരുന്നു. ( https://audio-musings.blogspot.com/2024/06/fidelity-1.html ഭാഗം-9 മുതലുള്ള വായന അടിസ്ഥാന കാര്യങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള അവബോധം ഉണ്ടാക്കുമെന്ന് കരുതുന്നു.)

Natural / single-ended
harmonic decay plot

ഇവിടെ ആദ്യം തന്നെ ഒരു കാര്യം ഓർമിപ്പിക്കേണ്ടിയിരിക്കുന്നു. Class ഏതായാലും, നമ്മുടെ ആസ്വാദനത്തിൻ്റെ നിലവാരം അളക്കേണ്ടത് സങ്കല്പത്തിൽ നിന്നല്ല, യാഥാർഥ്യത്തിൻ്റെ ഉറച്ച അടിത്തറയിൽ നിന്നു തന്നെയാണ്. ഒരു സംഗീതോപകരണത്തിന്റെ (acoustic; amplified അല്ല, electric guitar, electric violin എന്നിവ പോലെ) പ്രകൃത്യാലുള്ള harmonic profile പരിശോധിച്ചാൽ ഒരു കാര്യം കാണാൻ കഴിയും. Fundamental note (first harmonic) ൻ്റെ ഏതാണ്ട് 40 – 45 dB താഴെയായിരിക്കും 2nd harmonic ൻ്റെ level. ഒരു എട്ടുപത്തു dB വീണ്ടും താഴെയായിരിക്കും, 3rd harmonic. അതിനും താഴെയായി ഒരേ ക്രമത്തിലായിരിക്കും മറ്റു harmonics ൻ്റെ നിലവാരം. ഈ harmonic profile spectrum plot വളരെ smooth ആയി കാണപ്പെടുന്നു. ഈ യാഥാർഥ്യമാണ് എപ്പോഴും നമ്മുടെ മനസ്സിൽ ഉണ്ടാവേണ്ടത്.

മേല്പറഞ്ഞ ഉപകരണസംഗീതം ആലേഖനം ചെയ്ത്, അത് ഗൃഹാന്തരീക്ഷത്തിൽ reproduce ചെയ്യുമ്പോൾ അതേ അനുഭൂതി ഉളവാകണമെങ്കിൽ തീർച്ചയായും നമ്മുടെ സ്‌പീക്കറുകളിൽ നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന ശബ്ദവീചികൾക്കു ഇതേ രീതിയിലുള്ള harmonic profile ഉണ്ടാവണമല്ലോ. (തൽക്കാലം നമ്മുടെ സ്‌പീക്കറുകൾ perfect ആണെന്ന് സങ്കല്പിക്കാം!) അങ്ങിനെ നോക്കുമ്പോൾ നമ്മുടെ ആമ്പുകളാണ് ആദ്യം ഈ ആദര്‍ശ-പൂർണ്ണതയിലേക്ക് (ideal) എത്തേണ്ടത്. ഇതെത്രത്തോളം സാധ്യമാണെന്ന് പരിശോധിക്കേണ്ടിയിരിക്കുന്നു.

പല ചർച്ചകളിലും ഉയർന്നു വരുന്ന ഒരു വസ്തുത ഇവിടെ സൂചിപ്പിക്കാം. വളരെ ആശയോടെ, ആവേശത്തോടെ ഒരു class-A ആമ്പ്‌ നിർമ്മാണത്തിനിറങ്ങിയ പലരും പിന്നീട് ഇച്ഛാഭംഗത്തോടെ പിന്തിരിഞ്ഞ ചരിത്രമുണ്ട്. പൊതുവെ കൂടിയ power നോട് കമ്പം ഉള്ളവരാണ് audiophiles. അതുകൊണ്ടു (നിർഭാഗ്യവശാൽ) നിർമ്മാണത്തിന് തിരഞ്ഞെടുക്കുന്ന class-A amp schematic മിക്കപ്പോഴും push-pull topology ആയിരിക്കും. നല്ല രീതിയിൽ നിർമ്മിച്ചാൽ വളരെ നന്നായി (low noise, low distortion etc) അവ പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യും. പക്ഷെ അനുഭവത്തിൽ “എല്ലാമുണ്ട്, എന്നാൽ എന്തോ ഒന്നില്ല” എന്ന മട്ടിലായിരിക്കും. വളരെ ലളിതമായ ഒരു class-A ആമ്പുമായിട്ടുള്ള താരതമ്യത്തിൽ ഇവ പിന്തള്ളപ്പെടുകയും ചെയ്യും. (Lab measurements നെക്കുറിച്ചല്ല ഇവിടെ പരാമർശിക്കുന്നത്, പ്രത്യുത subjective enjoyment ആണ് അളവുകോൽ.)

Harmonic Profile of Amp Camp Amp by Pass
(Courtesy: Audio Science Review)

എന്താണിതിൻ്റെ കാരണം? ഉത്തരം ലളിതമാണ് – push-pull topology യുടെ പ്രത്യേകത കാരണം even harmonics suppressed ആകാനും, odd harmonics ഉയർന്നു കേൾക്കാനും ഇടയാകും. മേൽ (reference ൽ) സൂചിപ്പിച്ചതു പോലെ ആസ്വാദ്യത നൽകുന്നത് even harmonics ആണ്. ഇവിടെ സംഭവിച്ചിരിക്കുന്നത് പ്രകൃത്യാലുള്ള harmonic profile ൻ്റെ “smooth decay” നഷ്ടപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, മാത്രവുമല്ല അരോചകമായ odd harmonics മുന്നിലേക്ക് വരികയും ചെയ്തിരിക്കുന്നു. ആസ്വാദ്യ മാധുര്യത്തിൽ ഇട്ട ഈ ഉപ്പുകല്ലുകൾ കയ്പുളവാക്കുന്നു.

Tube / valve ആയാലും, solid-state ആയാലും ഒരു കാര്യമുണ്ട് – ഒരു single-ended amp ൻ്റെ harmonic profile ആണ് പ്രകൃത്യാലുള്ള ആ “smoothly-decaying harmonic profile”നോട് ചേർന്ന് നിൽക്കുന്നത്. ഇതിനർത്ഥം class-A ആയതു കൊണ്ടുമാത്രം ഒരു push-pull ആമ്പിനെ നമ്മുടെ കാതുകൾ സ്വീകരിക്കണമെന്നില്ല. പല അവസരങ്ങളിലും വളരെയധികം noise, distortion ഇവയുള്ള (lab measurements ൽ) single-ended tube amps നോട് കിടപിടിക്കാൻ “spec രാജാക്കന്മാരായ” പല ആമ്പുകൾക്കും കഴിയാതെ പോകുന്നത് ഇക്കാരണമൊന്നുകൊണ്ടു തന്നെ.

Class-A “മാഹാത്മ്യത്തോട്” ചേർത്തുവായിക്കേണ്ട ഒന്നുണ്ട് – ശാസ്ത്രീയമായ പല lab measurements / specs ഇവ തീർച്ചയായും പരിണതപ്രജ്ഞനായ ഒരു designer ക്കു മാർഗദർശകം ആയിരിക്കും. തൻ്റെ ആമ്പ് ഡിസൈനുകളെ കുറതീർത്തു fidelity യുടെ ഉയർന്ന പീഠത്തിൽ പ്രതിഷ്ഠിക്കാൻ അതാവശ്യമാണ് താനും. പക്ഷെ സംഗീതാസ്വാദകനായ ഒരു ഹോബിയിസ്റ്റ് specs അധിഷ്ഠിതമായി മാത്രം ഒരു തിരഞ്ഞെടുപ്പ് നടത്തുന്നത് ആശാസ്യമല്ല. കേൾവിക്കും, subjective judgement നും ആ തിരഞ്ഞെടുപ്പിൽ വലിയ ഒരു പങ്കുണ്ട്. പക്ഷെ നിർണ്ണായകമായ subjective തീരുമാനങ്ങൾ എടുക്കുമ്പോൾ അവയുടെ അടിസ്ഥാനം ശാസ്ത്രീയമായ ഉൾക്കാഴ്ചകൾ ആയിരിക്കണമെന്നത് നിസ്തർക്കമാണ്.

പറഞ്ഞു വരുന്നത് ഒരു “നല്ല” ആമ്പാണ് നമുക്ക് വേണ്ടതെങ്കിൽ ലളിതമായ ഒരു single-ended amp (tube, solid-state ഏതുമാകാം) തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതാകും ഭംഗി. അതിനോട് ചേർന്നു പോകുന്ന ലളിതമായ ഒരു full-range speaker കൂടി തിരഞ്ഞെടുത്താൽ കാര്യം കുശാലായി. (ഒന്നു മറക്കരുത്, speaker selection അതിപ്രധാനമെന്നു കരുതി ചാടിക്കേറി വളരെ സങ്കീർണ്ണമായ ഒരു “best speaker” ആദ്യം തന്നെ വാങ്ങുന്നതുപോലെ ഒരു മന്നത്തരം വേറെയില്ല.) പല പല speakers കേട്ട് നോക്കുക. നമ്മുടെ music tastes നു യോജിച്ചതും, അതേസമയം നല്ല efficiency ഉള്ളതും (ഏതാനും watts മതിയാവുന്ന) ഒരുപാടു drivers ഉം, ആയിരങ്ങൾ വിലയുള്ള “കടുത്ത” crossovers ഒന്നും ഇല്ലാത്തതുമായ ഒരു സ്പീക്കറിലേക്കു ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുക, തീർച്ചയായും നിരാശപ്പെടേണ്ടി വരില്ല. ശേഷം പല low power, single-ended class-A ആമ്പുകൾ audition ചെയ്ത് ഒന്നിനെ സ്വന്തമാക്കുക. ഇത്രയുമൊക്കെ മതി.

പിന്നെ വേണ്ടത് ഒന്നു മാത്രം – അനാവശ്യ ചിന്തകളെ (distortion, noise, THD, frequency response ഇത്യാദി സകല കുട്ടിച്ചാത്തന്മാരെയും!) മനസ്സിൽ നിന്നും ഉച്ചാടനം ചെയ്ത്, എല്ലാം മറന്ന് നല്ല സംഗീതത്തോട് ലയിച്ചു ചേർന്നിരിക്കലാണ്. അതിന്റെ സുഖമൊന്നു വേറെ തന്നെയാണ്! ആ സുഖം കിട്ടണമെങ്കിൽ ഒരു single-ended ആമ്പ് വേണ്ടി വരും …single-ended ആമ്പിനു class-A ആകാതെ തരവും ഇല്ല!!

= = = = = = = = = = = =
(*)
In sound and music production, artifact refers to sonic material that is accidental or unwanted, resulting from the manipulation of a sound signal.