AUDIO TEST Stereo + Phono (Vorschau)

Lothar Wieman,
Chefentwickler T+A Elektroakustik
Ist die symmetrische
Führung von Audiosignalen
das Optimum
oder nur ein
Weg der Signalaufbereitung?
Generell ist die symmetrische
Übertragung wegen der
höheren Störsicherheit bei langen Übertragungswegen
im Vorteil. Bei kurzen
Wegen zwischen beieinander stehenden
Geräten muss man abwägen. Wenn
zumindest eines der Geräte intern
symmetrisch arbeitet (wie die meisten
D/A-Wandler), ist es durchaus sinnvoll,
die Symmetrie so lange zu erhalten wie
möglich. Eine symmetrische Verbindung
von zwei Geräten, die intern asymmetrisch
arbeiten (also nur Symmetrierung/
Desymmetrierung für eine kurze Verbindungsstrecke),
ist eher nachteilig.
Wie oder wo nutzen Sie die symmetrische
Signalführung in Ihren
Audioprodukten?
Generell für Vorverstärkerausgänge
und Aktivboxen wegen der langen
Übertragungswege. Ebenso bei Endstufeneingängen,
da eine Platzierung der
Endstufen direkt am Lautsprecher sehr
sinnvoll ist, was dann aber eben auch
einen langen Weg zwischen Vorverstärker
und Endstufe bedeutet. Bei unserer
neuen Balanced-E-Serie wird das Signal
unserer symmetrischen Doppel-Differenzial-D/A-Wandler
symmetrisch bis
zum Verstärker geführt.
Welche Schaltungsart für Leistungsverstärker
bevorzugen Sie?
Aus klanglicher Sicht halte ich unsere
hybriden Verstärker mit röhrenbasierter
Spannungsverstärkung und nachfolgender
MOS-FET-Stromverstärkung für
optimal. Hier wird die wesentliche
Spannungsverstärkung durch eine
Single-Ended Röhrenstufe mit sehr
hoher Betriebsspannung (500 V)
erbracht. Diese Stufe ist klangentscheidend.
Die Ausgangstufe verstärkt nicht
mehr den Signalpegel, liefert nur noch
den nötigen Strom. Das funktioniert so
gut, dass wir bei diesem Verstärker auf
eine Über-alles-Gegenkopplung verzichten
können. Aus energiepolitischer
Sicht sind natürlich Schaltverstärker
die kommende Technik, die in den
letzten Jahren dank der mit modernen
Bauteilen möglichen höheren Schaltfrequenzen
auch klanglich enorm aufholen
konnte. Aktuelle Schaltverstärker
können inzwischen klanglich durchaus
mit konventionellen Class-AB-
Endstufen konkurrieren.
U
U
Dreiecksignalgenerator
GND
t
Si
Si
t GND
Audiosignal
UB
NPN
PNP
GND
UB
U
Class AB
Diese Schaltungsart ist die bekannteste Gegentaktschaltung,
weil hier zwei Leistungstransistoren
oder Leistungsröhren jeweils
einmal die positive und die negative Halbwelle
des Audiosignals verstärken. Sie ist die
verbesserte Variante der Class-B-Schaltung,
die aufgrund von Verzerrungen im Nulldurchgangsbereich
am Übergang der beiden
Halbwellen eigentlich kaum noch eine
Bedeutung im Audiobereich hat. Bei Class
AB bekommen im Unterschied zu Class B
die Endstufentransistoren an ihrer Basis eine
Vorspannung gegenüber dem Eingangssignal
zugeführt. Dies ist die häufigste Endstufenlösung
in Hi-Fi-Verstärkern. Sie ist gegenüber
Class A weitaus leistungseffizienter,
aber nicht gänzlich von Verzerrungen befreit.
Eine Verbesserung bilden eigene Stromquellen
über Leuchtdioden (LED) für die Basis der
Transistoren sowie die Erhöhung des Ruhestroms.
Das dadurch bessere Verhalten bei
den harmonischen Verzerrungen fordert
zwar etwas mehr Verlustleistung, die aber
noch weit hinter Class A liegt.
GND
UB
UB
R2
R2
R1
R1
Si
Si
PNP
NPN
Tiefpassfilter 4. Ordnung
GND
UB
NPN
PNP
GND
Links: Eine typische Class-AB-Schaltung, die das Audiosignal als positive und negative Halbwelle
verstärkt. Rechts: Die Schaltung mit Konstantstromquellen (LED) ist für besseren Klang erweitert
Komparatorschaltung
UB
Class D
Class D steht für die modernsten und absolut
leistungseffizientesten Lösungen im Moment.
Dies bieten die PWM-Endstufen, die
auch Schaltendstufen genannt werden. An
der Stelle, an der sonst linear verstärkende
Leistungstransistoren arbeiten, werden hier
Schalttransistoren eingesetzt. Es entsteht so
gut wie keine Verlustleistung an ihnen, was
dem ganzen Endstufenkonzept einen Wirkungsgrad
von weit über 90 Prozent verleiht.
Ganz grob beschrieben geschieht Folgendes
in der Class-D-Endstufe: Damit die Schalttransistoren
ein Signal zum Ausgang der
Endstufe schalten können, benötigen sie ein
Signal mit eindeutigen Ein- und Ausschaltimpulsen.
Dieses bietet ein pulsweitenmoduliertes
(PWM)-Signal. Das zu verstärkende
Audiosignal wird mit einem hochfrequenten
Dreiecksignal in einer eigenen Komparatorschaltung
(auch eine Anwendung eines
OPVs) verglichen. Dabei entsteht am Ausgang
des Komparators ein PWM-Signal, dessen
Tastverhältnis sich in Abhängigkeit vom
Audiosignal verändert. Mit diesem PWM-
Signal werden die Schalttransistoren gesteuert,
die ein identisches, aber mit Strom
weitaus belastbareres Signal ausgeben. Für
die Lautsprecher ist das jedoch noch nicht
verwertbar, weshalb ein hoch belastbarer,
impulsoptimierter Tiefpassfilter (siehe Dr.
Sound 4/2011, S. 28) dafür sorgen muss,
dass die hochfrequenten Rechteckanteile
des PWM-Signals ausgefiltert werden. Somit
steht nun ein optimal nutzbarer Audioübertragungsbereich
für den Lautsprecher zur
Verfügung. Sollte die Filterung nicht besonders
wirksam ausgelegt sein, können sich
im Audiosignal Summen- und Differenztöne
bilden. Weiterhin können Störsignale auftreten,
die keinerlei harmonischen Bezug zur
verstärkten Musik erkennen lassen (siehe Dr.
Sound 3/2011, S. 35–37).
Das Grundprinzip einer Class-D-Endstufe. Sie wird heute aufwendiger umgesetzt
t
PWM-Signal
LED
LED
PWM-Signal verstärkt
Lautsprechersignal
Bilder: Andreas Friesecke „Die Audio-Enzyklopädie“, Auerbach Verlag, T+A Elektroakustik
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