Warum klingen Verstärker

Hallo,
dazu gibt es eine wirklich SEHR gute Pdf-Datei von Anselm Goertz...

hier sind die Grundtatsachen kurz aber gut erklärt..
http://www.anselmgoe...ungen_dt/Cavis99.PDF

hier die etwas ausführlichere Variante (1,4 MB)
http://www.anselmgoe...chungen_dt/Vdt00.pdf

Hi!

Danke für die Links!
Wirklich sehr informativ.

Also, wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, dann gibt es gar keine besonders gut klingenden Verstärker, sondern nur besonders schlechte, die eben halt "Fehler" in die Verstärkung einbauen.
Diese Fehler kommen aber meist nur im Belastungs-Grenzbereich der Endstufen zutage (zumindest bei qualitativ hochwertigen Geräten) und haben auch weitaus weniger Einfluss auf den Klang als beispielsweise Lautsprecher.
Das Problem dieser "Fehler" kann man in den meisten Fällen damit umgehen, dass man die Endstufe an einem Lautsprecher mit hohem Widerstand betreibt.

Ist das korrekt?

Thx
Dominik

Ich bin noch nicht dazu gekommen, die Beiträge (Links) zu lesen. Ich kann daher nur mal aus meiner Erfahrung schreiben. Es ist also möglich, dass ich das wiederhole, was in den Links steht.
Bei einem Verstärker kannst Du fast alles messen. Rauschen, Klirr, Frequenzgang usw. Zum Messen brauchst Du entsprechende Quellen (Tongenerator), entsprechende Messgeräte und einen Lastwiderstand. Damit die Messungen reproduzierbar sind, müssen alle Komponenten bestimmte Anforderungen erfüllen. Daher verwendet man als Last einen möglichst induktionsfreien Widerstand. In der Praxis ist da aber ein Lautsprecher dran, der eine sehr ungleichmässige Impedanzkurve aufweist. Ist nun ein Verstärker auf Messwerte gezüchtet, so kann er optimale Werte am Laborwiderstand liefern, aber sehr unvollkommene am Lautsprecher, je nach Impedanzkurve. Daher auch vielfach die Empfehlung, Lautsprecher und Verstärker zusammen zu testen.
Dass Lautsprecher einen stärkeren Einfluss auf den Klang haben als Verstärker versteht sich. Beim Verstärker wird eine Gleichspannung durch das Eingangssignal so gesteuert, dass sie die Lautsprecher-Schwingspule bewegen kann. Das geschieht relativ problemlos und durch die Gegenkopplung des Verstärkers gewollt kontinuierlich.
Da aber nur ein geringer Teil der elektrischen Energie am Lautsprecher in eine mechanische Bewegung umgesetzt wird, ist das, wie autofahren mit schleifender Kupplung. Nur der kleinste Teil wird in Bewegungsenergie umgesetzt. Und ob der Wagen dann das macht, was der Motor (und dieser durch den Fahrer) vorgibt, ist eine andere Frage. Je direkter die Verbindung zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal ist, desto genauer die Reproduktion.
Und wenn man bedenkt,dass die Schwingspulenbewegung nicht unbedingt auch zur vollen Membranbewegung führt (Teilschwingungen), so ist klar, dass die Luftbewegung (Schall) schon fast zufällig Ähnlichkeit mit dem Eingangssignal hat.
Und wenn man das messen will, so ist da noch der Raum und das Messmikrofon... alos nochmals eine relativ lose Kopplung.
Vor 40 Jahren hatte man wenig Ahnung, was wie klingt. Man baute Radios, setzte schöne Lautsprecher ein und bastelte an diesen und vor allem an der Verstärkerschaltung, bis der Klang gut war. Warum es so war, wusste man nicht. Vor 25 Jahren lernte man, dass es bestimmte elektronische Gesetzmässigkeiten beim Verstärker gab und dass man ja nicht mehr sagen konnte, welche Lautsprecher mit welchem Verstärker zusammen gehörten. Also wurde die Elektronik verbessert, linearisiert und "standardisiert". Und auch die Lautsprecher wurden überarbeitet. Man bastelte, bis ein gutes Ergebnis raus kam.
Erst in den letzten 10 oder 15 Jahren hat man Erkenntnisse gewonnen, welche Grössen und Kriterien welche Auswirkungen haben (man lernt immer nocht dazu). Daher gibt es heute bessere Verstärker und bessere Lautsprecher. Aber es ist immer eine Preisfrage. Daher gibt es auch wieder vermehrt Geräte, die im Hifisektor nichts verloren haben, auch wenn sie zwei Lautsprecher haben.

Hallo

Also wenn das so ist, dann dürfte es doch eigentlich nur noch Aktivlautsprecher geben, weil hier die Möglichkeit besteht, dass der Verstärker genau die Unregelmaessigkeiten der reproduzierenden Lautsprecher ausgleichen kann.
Ansonsten wäre es ja eine ewige Sucherei zu einem Passivlautsprecher einen passenden Verstärker zu finden.... womöglich gibt es diesen dann auch garnicht.

Dennoch müssten doch eigentlich zwei Verstärker, die im hörbaren Bereich "alles richtig machen", also keine Fehler in der Verstärkung einbauen, an ein und demselben Lautsprecher auch genau gleich klingen, oder?

Gruss
Dominik

Das tun sie auch.
Im Extremfall hast Du zwei identische Verstärker. Das sind der linke und der rechte Kanal eines Stereo-Verstärkers. Da gehen wir mal davon aus, dass die Bauteiltoleranzen keinen Einfluss mehr haben.
Weiter gibt es in der Mittelklasse genug Verstärker, die aus Preisgründen nicht diskret, also mit Einzeltransistoren aufgebaut sind, sondern mit IC oder Hybridschaltungen (IC und Transistoren in einem gemeinsamen Gehäuse). Bei solchen Bausteinen gibt es sehr wenige Möglichkeiten, die Schaltung abzuändern. Damit ist die Bestückung und der Aufbau eines Fabrikates X gleich wie das Fabrikat Y. Und daher gibt es auch keine Unterschiede, sofern bei beiden einigermassen anständige Bauteile verwendet wurden.
Und auch bei einzelnen Transistoren haben sich Standardschaltungen "etabliert", sodass auch da oft keine Unterschiede mehr festzustellen sind. Warum soll Firma X üben und basteln und pröbeln, wenn es bei Firma Y so schon immer geklappt hat?
Es sind die hochpreisigen Marken, die Geld in eine Verbesserung stecken (und nicht nur in die Einsparung einiger Bauteile).
Das Gleiche gilt teilweise auch für Lautsprecher. Es gab vor 30 Jahren eine amerikanische Firma, die dänische Lautsprecher kaufte und in ein eigenes Gehäuse baute, das genau so gross war, wie das dänische Original. Klanglich waren die beiden Dinger nicht zu unterscheiden (eigentlich logisch), nur preislich lagen dazwischen Welten. Gut, die amerikanische Firma gibts nicht mehr... (auch logisch).

Hallo,

was heisst denn genau, die hochpreisigen Marken verbessern ihre Verstärker? Verstärken die mittelpreisigen noch nicht ohne Fehler?

Zumindest im PA Bereich gibt es im durchaus bezahlbaren Preissegment Endstufen, die bei einer niedrigen Leistung, wie sie ja im Hifi Bereich benötigt wird, angeblich schon vollkommen ausgeglichen und Fehlerfrei verstärken.

Nehmen wir an, ich nehme den preiswertesten Verstärker, der eben halt keine Fehler mehr einbaut.
Dann muesste ich doch mögliche Unzulänglichkeiten des Lautsprecherfrequenzganges durch einen Mehrband-Equalizer genauso gut ausgleichen können wie durch einen gesoundeten Super-Highend-Verstärker, oder?

Gruss
Dominik

Also, gehen wir mal davon aus, Du hast einen idealen Verstärker (Super-Highend, aber SICHER NICHT gesoundet). Der macht keine Fehler und daher bekommt auch ein schwieriger Lautsprecher mit fürchterlicher Impedanzkurve ein sauberes und verzerrungsfreies Signal.
Aber damit klingt der Lautsprecher noch nicht wirklich gut, weil er Fehler hat (nehmen wir mal an). Das Problem ist aber beim Lautsprecher, dass die Fehler nicht nur im Frequenzgang liegen, also nicht nur die schlechte Frequenzkurve macht das Problem. Das könnte man wirklich mit einem EQ ausbügeln.
Da gibt es zum einen die Verzerrungen, also den Klirr. Logisch, je grösser die Membranauslenkung, desto grösser kann (nicht muss) der Klirr werden. Also brauchen wir bei tiefen Frequenzen viele grosse Lautsprecher (oder ein Riesending), die durch die grosse Membranfläche keine grosse Auslenkung benötigen. Aber da haben wir dann das Problem der mechanischen Festigkeit der Membran (Teilschwingungen).
Weiter sollte der Lautsprecher spontan reagieren, also sofort Ton bringen und sofort schweigen. Je schwerer die Membran, umso steifer ist sie (GUT), aber umso träger wird das Ein- und Ausschwingverhalten (SEHR SCHLECHT).
Also bauen wir eine Mehrwegbox. Hier gibt es hörbare Probleme im Übergangsbereich der Chassis. Also müssen diese Bereiche dorthin verlegt werden, wo das Ohr nicht so empfindlich ist. Folglich unter 500 Hz und über 5 kHz.
Mitteltöner, die das vom Frequenzgang her gut bewältigen, sind selten. Und wenn man welche gefunden hat, sind oft die "Wasserfalldiagramme" (Ausschwingen) alles andere als ideal.
Nun könnte man hergehen und eine Regelung einbauen, indem die Membran überwacht wird. Laut Messprotokollen sollen Lautsprecher die Phase um mehr als 360 Grad über die Frequenz ändern. Daran glaube ich nicht, weil ich es mir nicht vorstellen kann. Wenn schon, sind diese Purzelbäume die Folge der Distanz Messobjekt zu Mikrofon. Tasächlich entsteht aber eine Phasendrehung von 180 Grad im Bereich der Eigenresonanz. Weit unterhalb = null Grad, weit oberhalb = 180 Grad. Aus diesem Grund sind entweder die Rückführungen (Gegenkopplung) nur schwach und künstlich phasengedreht oder frequenzmässig beschnitten und beziehen sich nur auf den Bereich unter der Resonanzfrequenz, also eine Ausdehnung des Bassbereichs.
Nicht berücksichtigt sind in diesem Zusammenhang die Auswirkungen der Richtcharakteristik der Lautsprecher und die Refelexionen der Gehäusekanten mit den daraus resultierenden Phantomschallquellen sowie das ganze Kapitel Gehäuse.
Kurz, es gibt KEINE elektronischen Geräte, die aus mangelhaften Tröten gute Lautsprecher machen. Daher ist zwar der gute, ungesoundete Verstärker ein Muss, aber keine Garantie (auch nicht zusammen mit einem EQ) für einen guten Klang des Systems.
Es bleibt dabei, der Verstärker darf nichts verschlechtern. Wenn ich ihn also mit teste, ist es kein Fehler, denn ich weiss ja nicht, ob die Box dem Verstärker "auf die Nerven" geht. Aber der Klang hängt zu über 90% von den Lautsprechern ab.

Hi

Alles klar.
Vielen Dank für deine ausführlichen Ausführungen!
Jetzt bin ich etwas schlauer.

Ab welchem Preisbereich machen die Verstärker denn keine signifikanten Fehler mehr?
Oder machen alle Fehler und man muss zwangsläufig in die sehr hohen Preisregionen?
Das würde mich wundern, denn im professionellen Bereich gibt es keine super teuren mega Endstufen. Da ist weitaus früher Schluss und der Tontechniker zufrieden....

Gruss
Dominik

Einen Preisrahmen möchte ich nicht nennen, ab wann alles "perfekt" ist.
Aber mit den Tontechnikern hast Du recht. Wobei in den meisten Studios mehrheitlich mit Aktivboxen gearbeitet wird, weil da die passiven Lautsprecherweichen wegfallen, die Verzerrungen liefern und die Impedanzkurve verbiegen. Und wenn normale Endstufen und passive Lautsprecher, dann wird nicht auf Chromglanz und Edelholz wert gelegt. Da sind es schlichte, oft sogar hässliche Kisten, die ihren Dienst tun. Denn nur auf das klangliche Resultat kommt es an.

Hallo,
richi44
könntest du sagen, wie sich das im Class A verhält?
Gibt es einen klanglichen Unterschied gegenüber eine Class A/B Schaltung?
Was ist mit der Dynamik ?
mfg Andy

Zu Klasse A gibt es bereits im Wissen einiges zu lesen.

Generell ist es so (steht dort auch), dass bei Klasse A der Ruhestrom immer grösser sein sollte als der maximale Lautsprecherstrom. Damit gibt es schon mal keine Übernahmeverzerrungen, weil kein Transistor ganz abschaltet.
Bei Klasse AB findet die Abschaltung erst bei höheren Pegeln statt.
Was bleibt ist der Klirr durch die krumme Eingangskurve eines Transistors.
Wenn man sich eine Parabel-Kurve aufzeichnet, so nimmt ihre Steilheit bis ins (fast) Unendliche zu. Wenn man also an einem Transistor den Ruhestrom ins fast unendliche erhöht, wird die Kurvensteilheit fast unendlich.
Angenommen, wir hätten eine normale bipolare Endstufe, wo die Endtrans-Emitter verbunden sind, so gibt es bei Basisvorsapnnung NULL Übernahmeverzerrungen, denn die Basen müssen ja erst einmal auf 0,6V ausgesteuert werden, bevor überhaupt ein Kollektorstrom fliesst.

Setzen wir den Ruhestrom ein, indem wir die Basen mit je 0,6V vorspannen, so braucht es für eine bestimmte Kollektorstromänderung eine Basisspannungsänderung von vielleicht 25mV. Diese 25mV sind "krumm" und liefern daher einen Klirr von ca. 15%. Allerdings wird der Basis nicht 25mV zugeführt, sondern (nehmen wir mal an) 12,5V. Am Emitter bekommen wir eine Wechselspannung von 12,475V (die fehlenden 25mV sind eben die Basis-Steuerspannung). Damit sinkt der Klirr um den Faktor 500 und ist somit noch 0,03%. Bei kleinen Ausgangsspannungen von 1,25V wäre aber durch die Krümmung der Eingangskurve die Basisspannung nicht 2,5mV sondern noch rund 12,5mV. Daher verschlechtert sich der Klirr bei kleinen Leistungen auf 0,15%

Wenn wir aber den Ruhestrom erhöhen, so ist dieser unabhängig von der Ausgangsleistung so gross, dass für die selbe Ausgangsleistung eine Basis-Steuerspannung von unter 5mV ausreicht (höhere Steilheit), sodass die Verzerrung generell nochmals um den Faktor 5 oder mehr abnimmt und auch bei kleinen Leistungen nicht ansteigt.

Das Problem solcher Schaltungen ist die immense Verlustleistung. Unabhängig von der abgegebenen Leistung ist die aufgenommene Leistung aus dem Netz konstant mindestens das Doppelte der maximalen Ausgangsleistung.

Der Vorteil dieser Technik ist, dass eine Klirrfreiheit ohne Gegenkopplung möglich wird, allerdings entfällt dann einmal die zusätzliche Reduktion des Verstärker-Innenwiderstandes (schlechterer Dämpfungsfaktor) und zweitens ist eine Frequenzgang-Korrektur und -Linearisierung nicht über alles möglich.
Dafür treten keine transienten Verzerrungen auf, weil es kein Nachregeln gibt.

Man müsste jetzt die Vor- und Nachteile einander gegenüber stellen. Wenn beispielsweise von Klirranteilen bei Frequenzen von 10kHz Grundwelle im verlinkten Beitrag "gefaselt" wird, so habe ich meine Mühe. Mit K2 kann eine Frequenz von 20kHz entstehen, mit K3 eine von 30kHz. Nachdem diese Frequenzen für unser Ohr kaum oder gar nicht mehr erfassbar sind und aufgrund der Ohrkurve einen erheblichen Pegel aufweisen müssten, um überhaupt nur wahrgenommen zu werden, müsste ja der Oberwellen-Anteil höher als der Grundwellen-Anteil sein, was bei normalen Verstärkern nicht auftreten wird.
Und wenn bei Endstufen von Pegeldifferenzen von 0,5dB bei 20kHz laut nachgedacht wird, sollte man auch wissen, dass die Dämpfung im Abhörraum bei 20kHz durch kleinste Veränderungen (Zuhörerzahl, Pelzmantel, Angorakatze im Raum) mehr als 0,5dB ausmachen werden. Wenn man eine solche Veränderung hören will, muss der Frequenzgang umschaltbar unterbruchslos und in kurzen Abständen beeinflusst werden. Dann sind kleine Pegeldifferenzen (aber bei 20kHz braucht es schon einige dB!) feststellbar. In einem A/B-Vergleich zweier Endstufen mit der Möglichkeit, dabei den Kopf zu bewegen, wird die Differenz auf die Kopfbewegung zurückgehen und nicht auf die Pegeldifferenz der Endstufe.

Was als Vorteil bleibt ist die Reduzierung transienter Verzerrungen. Nur sind diese bei heutigen hochwertigen Geräten unter der Wahrnehmbarkeitsgrenze, was übrigens auch für die meisten im Link-Beitrag erwähnten Verzerrungen gilt. Wenn da Klirrwerte von -100dB erwähnt werden und allenfalls Musik als Testmaterial mit einem Spitzenpegel von 100dB (ist schon sehr laut) im Raum wiedergegeben wird, ist ein Verzerren mit Sicherheit nicht feststellbar, weil das Ruhegeräusch selbst in einem "totenstillen" Studio bei etwa 25dB liegt.

Und wäre das Ohr so empfindlich, wie es manche Goldohren behaupten und könnte demnach Klirr von unter -60dB in einem Musikprogramm noch feststellen, würde MP3 nicht funktionieren. Nur darum, weil sich das Ohr täuschen lässt, funktioniert MP3 und wird auch von Goldohren nicht als solches erkannt.