Röhrenverstärker-Simulator mit DSP

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pragmatiker
Administrator

#1 erstellt: 11. Nov 2005, 01:50

Nur mal so zur Diskussion (und steinigt mich bitte nicht gleich):

Gute Röhrenverstärker sind relativ teuer, brauchen viel Strom und beinhalten Verschleißteile.

Warum also nicht mit den heutigen technischen Möglichkeiten einen hochmodernen Halbleiterverstärker bauen, der den Klang von Röhrenverstärkern simuliert? Mit einem DSP (digitaler Signalprozessor) sollte dann doch alles machbar sein, was das Herz begehrt (inklusive Klangcharakteristikumschaltung a la Dynavox / Cayin / KT88 / 300B / EL34 / Triode / Pentode / Eintakt / Gegentakt etc. - alle Röhrenverstärker und Schaltungsarten in einem Gerät sozusagen).

Erste, rohe Gedanken dazu:

- Class-D Digitalendstufe mit Vorsteuerung des PWM-Modulators durch die Betriebsspannungsschwankungen der Endstufe (dadurch kommt man möglicherweise ohne eine konventionelle "über-alles-Gegenkopplung" aus - auch wenn diese Schaltungsart natürlich auch irgendwie eine Spielart der Gegenkopplung darstellt).
- Sehr schneller DSP, in dessen Programm die jeweiligen Charakteristiken (Röhren, Ausgangsübertrager etc.) der gängigen Röhrenverstärker bzw. Schaltungsarten hinterlegt sind.
- Abtastrate des A/D-Wandlers am Eingang des DSP's mindestens 200[kSamples/s] bei 24[Bit] Wortbreite - damit kann man nach Nyquist auch noch 100[kHz] abbilden.
- Höchstwertiges Tiefpaßfilter mit Luftspulen am Lautsprecherausgang.

Die Vorteile dieses Konzeptes wären u.a.:

- Keine teuren Spezialbauteile (Röhren, Ausgangsübertrager, Drosseln, Hochvoltkondensatoren etc.).
- Einfaches Netzteil ohne hohe Spannungen.
- keine Verschleißteile.
- Dicke Ausgangsleistung.
- Perfekter Gleichlauf beider Kanäle.
- Kleines Gerät ohne wesentliche Wärmeentwicklung.
- Niedrige Leistungsaufnahme.
- Keinerlei Abgleich (Ruhestrom etc.) erforderlich.
- Volle Fernbedienbarkeit ohne großen Aufwand.
- Simulation einer ganzen Palette von Verstärkertypen und Schaltungen ("all-in-one" sozusagen).
- annehmbarer Preis.

Na gut, über die Optik - die dominanten Glaskolben mit dem röhrentypischen Glühen - müßte man sich noch unterhalten...aber das kriegt ein heller Designer auch noch gebacken.

Jetzt bin ich mal sehr gespannt auf Eure Kommentare....

Grüße

Herbert

Gelscht
Gelöscht

#2 erstellt: 11. Nov 2005, 02:16

Hallo Herbert,

wenn's funktioniert und klanglich wirklich einem Röhrenverstärker gleicht´wäre es eine super Sache.
Könnte man auch auf Transistoren Verstärker ausdehnen.
Nur wirds eine ziemlich komplexe Angelegenheit, alleine das klangbestimmendste Bauteil,den Ausgangsübertrager zu simulieren. Ich fürchte nur das die unheimlich vielen Einflüsse sich nicht so einfach simulieren lassen. Dazu spielen viel zu viele Faktoren mit ein. Zudem müsste die Grundschaltung perfekt sein um eine neutrale Basis zu schaffen.

Nette Idee, aber meiner Meinung nicht realisierbar.
Eine digitale Annäherung wäre sicherlich möglich, aber keine 1 zu 1 Simulation. Schon alleine den der Röhre und dem AÜ zugehörigen Klirr mit den Oberwellen der jeweiligen Originale zu erzeugen dürfte einiges an Kopfzerbrechen erzeugen.

Gruß Dennis

pragmatiker
Administrator

#3 erstellt: 11. Nov 2005, 10:57

stuka schrieb:

Zudem müsste die Grundschaltung perfekt sein um eine neutrale Basis zu schaffen.

Servus Dennis,

Deswegen ja der Gedanke mit der Class-D Digitalendstufe mit Feedforward-Kompensation (und möglichst ohne "über-alles-Gegenkopplung"), um zumindest im Leistungsteil (MOSFET's?) die Einflüsse der Halbleiterkennlinien rauszukriegen. Das Leistungstiefpaßfilter muß dann natürlich von allerhöchster Güte sein.

Nette Idee, aber meiner Meinung nicht realisierbar.
Eine digitale Annäherung wäre sicherlich möglich, aber keine 1 zu 1 Simulation. Schon alleine den der Röhre und dem AÜ zugehörigen Klirr mit den Oberwellen der jeweiligen Originale zu erzeugen dürfte einiges an Kopfzerbrechen erzeugen.

Wenn ich mir ansehe, was im Amateurfunkbereich heute an von Hobbyisten erstellten DSP-Programmen für die Demodulation diversester analoger und digitaler Signale verfügbar ist, bin ich der Meinung, daß es durchaus fitte Leute gibt, die in so einen Rechenknecht auch komplexere Dinge reinquetschen können (ich hab' leider nicht die Fähigkeiten dazu). Die Softwareentwicklung eines solchen Projektes müßte meiner Meinung nach natürlich in jedem Fall zweistufig ablaufen:

1.) Simualation aller meßtechnisch zu ermittelnden Parameter eines Röhrenverstärkers (Klirr bei verschiedenen Aussteuerungen und Frequenzen, Phasengang, Frequenzgang bei verschiedenen Aussteuerungen etc.) - das ist zeitaufwandig, sollte aber hinzukriegen sein.

2.) "Feintuning" der Software während ausgiebiger A/B Hörtests (Originalverstärker / Simualation) mit verschiedensten Musikrichtungen und verschiedenen, größeren Zuhörpersonenkreise, die ihre Meinung kundtun.

Natürlich wird eine 1:1 Simulation niemals möglich sein - und so ein Projekt ist auch was für ambitionierte Hobbyisten (und nicht für eine Firma), die das Ganze zunächst einmal aus Spaß an der Freud' machen. Wenn das Ganze dann allerdings mal einen gewissen technischen Reifegrad erreicht hat, ließe sich mit dem Resultat durchaus eine Firma gründen - Kunden, so glaube ich, gäb's für so eine Kiste genug. Und: man müßte auch keine Angst haben, daß das Produkt, kaum daß es auf dem Markt ist, als Fernostkopie auftaucht (und damit der jungen, hoffnungsvollen Firma die Lebensgrundlage raubt) - dazu läßt sich die Software in solchen DSP's recht gut vor neugierigen Augen schützen.

Grüße

Herbert

Gelscht
Gelöscht

#4 erstellt: 12. Nov 2005, 23:54

Moin Herbert,

ich habe mich praktisch mal etwas näher mit dem Thema digitalisiertem Röhrenklang befasst.
Und zwar mittels einer professionellen Masteringsoftware in Verbindung mit Plugins die Röhren emulieren und das Klirrverhalten dementsprechend anpassend. Und was soll ich sagen...ich bin positiv überrascht, nein eigentlich begeistert.
Wenn man ein wenig experimentiert, kommen sehr gute Resultate zustande.

Das Ergebnis ist meine erste "selbstremasterte" CD. Habe hier übrigens noch weitere Entdeckungen gemacht, z.B. das bei vielen CDs der maximale Dynamikbereich überhaupt nicht ausgenutzt wird obwohl das nur zwei Klicks sind.

Aber ein großen Nachteil ist mir aufgefallen, der Rechenaufwand für eine solche "Röhrenklangsimulation" ist unheimlich intensiv. Für einen 180s -Track betrug die reine Rechenzeit ungefähr 5 Minuten bei Vollauslastung einer 3,2Ghz P4 CPU und 3GB Ram. Da komme ich bei meinem Rechner bei einer Echtzeitberechnung auf gute 1,67s Delay was an sich noch vertretbar ist. Problematisch wird hier der DSP, der hier nur einen Bruchteil der Rechenoperationen pro Zeitabschnitt durchführen kann wie eine PC-CPU.

Also bräuchte man hierfür einen optimierten Rechner und eine Realstream Softwarelösung mit einer hochqualitativen Soundkarte und eine hervorragende Digitalendstufe.

Machbar wäre es also durchaus, hätte ich nicht gedacht.

Haben wir hier vielleicht jemanden aus dem Studiobereich, der eine Idee hat wie man eine gute Echtzeitaudioengine mit einem Plugin verknüpft ?

Gruß Dennis