Bengt J. Olsson
LinkedIn: beos
X/Twitter: @bengtxyz
Under 70-talet (och delvis även senare) debatterades, av audiofiler inom HiFi kretsar, något som hade det enkla namnet “transientintermodulationsdistorsion” (!), mer bekvämt förkortat TIM. Debatten var stundtals häftig och hade stor påverkan på hur audioförstärkare konstruerades vid den tiden.
Min far, Bengt G. Olsson, var en aktiv del av den debatten. TIM teorin introducerades av professor Matti Otala som i kraft av sin titel hade stor auktoritet i frågan. Min far menade att Otalas slutsatser var felaktiga och visade detta i olika tidningsartiklar, varav AES artikeln som refereras nedan utgjorde själva kärnan i kritiken. Han fick utså mycket kritik från den tidens Hifi skribenter, och dessjämte från så kallade “guldöron” som ansåg att förstärkare byggda efter Otalas principer lät bättre än de som var “ingenjörsmässigt” konstruerade med hög återkoppling och låg distorsion.
Det är ju en tekniskt ganska komplicerad frågeställning, och alltså alldeles väl lämpad att låta en AI gå lös på! Jag frågade alltså Claude Opus 4.7 med följande prompt. (Dessutom gav jag några andra AI chatbotar samma prompt och fick liknande svar, även via anonymiserad chat).
Bengt G. Olsson, https://sv.wikipedia.org/wiki/Bengt_G._Olsson, och Matti Otala, https://sv.wikipedia.org/wiki/Matti_Otala, hade under 70-talet en viss polemik rörande begreppet “TIM” (transientintermodulationsdistorsion). Kan du reda ut vad det gällde, vilka ståndpunkterna var, och vad senare tid säger om detta?
Nedan följer responsen från Claude (och längre ner på följdfrågan om “vad som låter bra”).
Bakgrunden – vad Otala hävdade
Den finländske ingenjören Matti Otala (1939–2015), då vid Uleåborgs universitet, publicerade 1970 uppsatsen “Transient Distortion in Transistorized Audio Power Amplifiers” i IEEE:s tidskrift (och samtidigt i finska Sähkö). I den, och i en rad uppföljande artiklar genom 70-talet – flera tillsammans med Eero Leinonen, och en med Jan Lohstroh (1973) – formulerade han teorin om transient intermodulationsdistorsion (TIM).
Otalas huvudtes var i korthet:
- När en snabb transient kommer in i en motkopplad transistorförstärkare hinner återkopplingssignalen inte fram i tid på grund av fördröjningar i stegen.
- Under det korta ögonblicket tvingas ingångssteget hantera hela insignalen utan hjälp av motkopplingen, vilket ger en överstyrning (“overshoot”) som klipps av de begränsade dynamiska marginalerna i drivstegen.
- Resultatet är en hörbar, transient distorsion som inte syns i konventionella THD-mätningar med sinusvåg.
- Slutsatsen: höga motkopplingsgrader (över ca 40 dB loop gain, i senare artiklar) är i själva verket skadligt för ljudkvaliteten. Man bör hålla sig till måttlig global motkoppling och i stället designa förstärkaren så att den har hög slew rate och bred öppen-slinge-bandbredd.
Detta var en provokation mot den dåvarande konsensusen om att mer motkoppling alltid innebar bättre linjäritet. Otalas idéer fick stor spridning – de låg till grund för Lohstroh-Otala-förstärkaren, som via Per Abrahamsen blev den kommersiella Electrocompaniet “The 2 Channel Audio Amplifier” – och gav hela 70- och 80-talens debatt om “lagom motkoppling” och “hög slew rate” en teoretisk ram.
Vad Olsson invände
Bengt G. Olsson (1924–2015), svensk civilingenjör från Chalmers och grundare av Xelex AB, hade redan 1957 i Radio & Television skrivit om motkoppling i hi-fi-slutsteg (“Om motkoppling i effektförstärkare för hi-fi återgivning”) och var en övertygad motkopplingsanhängare. Han höll sitt inlägg i TIM-debatten – artikeln “Critical Review of the TIM (Transient Intermodulation Distortion) Theory” – vid AES 56:e konvent i Paris i mars 1977 (artikeln finns i AES E-Library).
Olssons linje, som den framstår av titeln och av hur senare författare (Ben Duncan, Bob Cordell m.fl.) refererar till honom, var:
- TIM är inte en ny, fristående distorsionstyp utan en följd av slew-rate-begränsning i ingångssteget – alltså ett konstruktionsfel, inte en konsekvens av motkopplingen som sådan.
- Själva teorin som Otala presenterade överskattade motkopplingens roll som orsak. Med rätt dimensionerat ingångssteg (tillräcklig svängningsförmåga och tillräcklig stångström i differentialsteget) försvinner problemet utan att man behöver offra loop gain.
- Motkoppling är tvärtom ett korrekt och ofta oundgängligt medel för att uppnå linjäritet, och en generell rekommendation att minska motkopplingsgraden är missriktad.
Polemiken handlade alltså inte om huruvida fenomenet fanns – att förstärkare kan klippa vid snabba transienter var alla överens om – utan om dess orsak och rätt botemedel: Otala pekade ut den höga motkopplingen i sig som boven, medan Olsson (och andra kritiker som Walt Jung, Bob Cordell och senare Peter Baxandall) menade att det var slew-rate-gränsen som var orsaken, och att tillräcklig motkoppling snarare hjälpte än stjälpte.
Vad eftervärlden har kommit fram till
Den moderna bedömningen ligger tydligt närmare Olsson än Otala. Så här brukar den sammanfattas i dag (t.ex. hos Bob Cordell, Douglas Self, Bruno Putzeys artiklar i EDN):
- TIM är i grunden ett annat namn på slew-induced distortion (SID). Det är ett mätmetodiskt fenomen – inte en egen distorsionsmekanism. Den fysiska orsaken är att ingångssteget överstyrs när det ska ladda kompenseringskondensatorn snabbare än vad dess stångström tillåter.
- Motkoppling orsakar inte TIM. Felkällan ligger i själva ingångssteget, utanför det som motkopplingsslingan kan korrigera. Att höja loop-gain minskar tvärtom mätbar TIM – SID är omvänt proportionell mot slew rate i tredje potens och därmed mot gain-bandwidth-produkten.
- Otalas praktiska råd blev en delvis felriktad rörelse. “Slew rate-race” på 70- och 80-talen (förstärkare med 100 V/µs, 500 V/µs, 1000 V/µs) och idén om “måttlig motkoppling” som ett ideal har i efterhand fått kritik för att vila på ett missförstånd – slew rate behöver bara vara bekvämt högre än vad signalen kräver, inte maximerad.
- Men Otalas bidrag var inte värdelöst. Hans arbete tvingade branschen att ta transient- och storsignalbeteende på allvar, att specificera slew rate, och ledde till mätmetoder (DIM-testet av Skritek, och Leinonen-Otala-Curls trekantsvåg-metod) som fortfarande används. De konstruktionsprinciper som Lohstroh-Otala-förstärkaren byggde på – ordentlig ström i ingångssteget, omsorgsfull kompensering, välutformade drivsteg – är helt giltiga.
Kort uttryckt: Otala identifierade ett verkligt problem men diagnostiserade det fel och föreslog delvis fel botemedel. Olsson (tillsammans med Cordell, Jung m.fl.) satte om diagnosen, och den omformuleringen står sig i dag. Motkoppling är “rehabiliterad” i mainstream audio engineering, medan Otalas starkaste påståenden om att hög loop-gain i sig skulle vara skadlig numera betraktas som överdrivna.
Om du vill gräva vidare är två särskilt läsvärda källor Bob Cordells artikelserie “Another View of TIM” (Audio 1980) och Bruno Putzeys “Negative feedback in audio amplifiers: Why there is no such thing as too much” (EDN 2013) – den senare sammanfattar den moderna konsensusen väldigt klart.
Om vad som låter bra
Fortsatt konverstion med Claude:
Ofta var det ju sk “guld-öron” som bestämde vad som lät bra och dåligt. Jag kommer ihåg att min pappa, just Bengt G. Olsson en gång sa till att “nästa förstärkare som jag konstruerar ska ha inbyggd distorsion så folk tycker att den låter bra!”…
Vilken fantastisk anekdot – och vilken koppling! Då förstår jag plötsligt varför du ställde just den första frågan så specifikt och med länkar till båda Wikipediaartiklarna. Det är ju lite av en familjehistoria.
Och citatet är underbart karakteristiskt för den sortens torra, ingenjörsmässiga humor som hans artikelserie “Olssons tips” också var känd för. Det fångar samtidigt något helt reellt om audiovärldens paradox på 70- och 80-talen: ju närmare mätbar perfektion konstruktörerna kom, desto oftare började lyssnare säga att det lät “kliniskt”, “sterilt” eller “utan själ” – och föredrog i stället utrustning med tydligt mätbara fel. Rörförstärkare med sin karakteristiska andra- och tredjeordningsdistorsion, skivspelare med sina specifika mekaniska signaturer, till och med kassettband med Dolby-artefakter – allt detta fick ibland beröm för “värme” och “musikalitet”.
Din pappa hade egentligen redan då – kanske halvt på skämt – pekat ut det som senare forskning bekräftat grundligt: att preferens och trohet mot originalet inte är samma sak. Det är två olika frågor. En förstärkare som adderar en viss mängd låg ordningens harmonisk distorsion kommer att få många lyssnare att tycka bättre om ljudet, särskilt i blindtest – inte för att de hör mer av inspelningen, utan för att distorsionen tillför behagliga övertoner som hjärnan uppfattar som “rikare” eller “fylligare”. Det är samma mekanism som gör att en del fortfarande föredrar vinyl trots objektivt sämre brus, dynamik och frekvensgång.
Hela “tube sound”-industrin som växte fram under 80- och 90-talen lever i praktiken på exakt den insikt som din pappa formulerade på en mening. Och i dag säljs det digitala pluginprogram vars enda uppgift är att lägga till just den sortens kontrollerad distorsion – “saturation plugins”, “analog warmth”-emulatorer och liknande. Han var alltså någonting på spåren som i dag är en egen marknad.
Det är inte svårt att föreställa sig att det för en motkopplingsfundamentalist som insisterade på linjäritet som dygd måste ha varit djupt frustrerande att se guldöronen föredra sämre mätdata. Den där repliken är på sätt och vis hans hela position i ett nötskal – en halvt skämtsam resignation från någon som ändå visste bäst.
Tack för att du delade den. Det ger en mänsklig dimension till debatten som inte finns i AES-artiklarna.