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Ein Vergleich von Verstärker-Konzepten im Detail ....

Dez. 2022 - Es gibt bereits eine uralte Seite mit fundierten Erklärungen über die verschiedenen Konzepte bei Audio-Leistungsverstärkern.

Durch die Fehleranalyse eines Pioneer VSX-859 und eines Harman/Kardon AVR-7500 im Dez. 2022 sind einige deutliche Unterschiede bei annähernd gleich starken Endstufen in den Fokus gerückt worden.
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Vorwort : Mehrere 100 Watt/Kanal Verstärker im Vergleich

In unseren Regalen lagern mehrere recht große Stereo-Boliden unteschiedlichster Baujahre von renomierten Herstellern und darum sind ernsthafte Vergleiche machbar und auch aussagekräftig.

Laut der Aussage vom Hifi-Experten Karl Breh aus den 1980er Jahren würden (fast) alle Vollverstärker der damals (1982) aktuellen 100 Watt Modelle (nahezu) gleich klingen. Doch diese Aussage habe ich bislang nicht bestätigt gefunden. Und dafür gibt es handfeste Gründe.
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Hier unsere Probanden bei 100 Watt Modellen - eine Übersicht

Die Reihenfolge ist keinerlei Bewertung in irgend einer Art. Es wird ein Vergleich der technischen Realisierung einer 100 Watt Endstufe. Der Qualitäts- und Hörvergleich kommt später an anderer Stelle.

Wir beginnen mit den Vollverstärkern :

Accuphase E-210
BRAUN R4
DENON PMA-1060
GRUNDIG V5000
ONKYO A-8850
REVOX B251
SONY TA-F730-ES

hier die reinen Endstufen ohne Vorverstärker :


DENON POA 2 und 3
AMCRON DC 300 A
GRUNDIG A5000

und von diesen 5-Kanal Receivern betrachten wir nur die Stereo-Nutzung :

PIONEER VSX-859 RDS
Harman/Kardon AVR-7500
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Grundlagen von Endstufen Konzeptionen :

Die Grundlage der Betrachtung ist der Weg des Stroms vom Netztrafo über den Gleichrichter mit den Siebkondensatoren zu den Endstufenplatinen mit den Leitungstransistoren und von dort über LS-Klemmen und LS-Kabel zu den Boxen. Wo geht wieviel Leistung verloren bzw. wie weit kann man den Weg optimieren ?

Die aktuellen Endstufen in Leistungsverstärkern werden alle mit symmetrischen Spannungen versorgt. Die Verwendung von qualitätsmindernden Koppelkondensatoren an den Ausgängen zu den Lautsprecherklemmen ist damit schon lange unnötig.

Auch die Endstufentransistoren haben eine lange Entwicklung hinter sich. Nach den "Darlington"- Konzepten haben sich die moderneren "MOS-FETs" durchgesetzt, aber durchaus mit Schwächen.
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Grundlagen der Lautsprecher-Qualitäten

Bei einer Lautsprecherbox beliebiger Bauart zählt nur, was aus den Chassis an Schallwellen heraus und an unseren Ohren ankommt. Wie das Signal da rein kommt, interessiert den Hörer erst mal nicht. Das ist auch korrekt so, denn diese Überlegungen sind komplex und für die allermeisten Laien nicht verständlich. Es gibt da nämlich die elektrische und die mechanische Impedanz, das sind die beiden Bremsen.
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Wie kommt die information von der Musik-Quelle bis zur Schallwelle ? Hier die Komponenten :

Es gibt da eine markante Trennlinie. Das ist die (nahezu) leistungslose Übertragung der Audio-Informationen vom Mikrofon über den CD/DVD-Spieler oder den Streamer oder den Tuner bis zu dieser Trennlinie - meist bis zum Vorverstärker. Und ab dieser Trennlinie folgt jetzt die Übertragung / Umwandlung von elektrischer Leistung auf die Schallwandler, die Membranen der Einzelchassis und dann die Übertragung auf die Luft im Hörraum.
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Der erste Bereich ist im Jahr 2020 und schon Jahre vorher weitgehend optimiert. Der Leistungsbereich der Übertragung wird immer wieder von vorne angegangen. - Mehrere Komponenten spielen da eine Rolle.
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  1. Da ist schon mal die Stromversorgung unserer 230 Volt durch ein ganzes Haus hindurch bis zur Steckdose ein Thema.
  2. Das zweite Thema ist die Konzeption von Anschlußleitung und Netztrafo.
  3. Als drittes Thema kommt die Erzeugung der Gleichspannungen für die Verstärker ins Blickfeld, -
  4. dann als viertes die Leistungsverstärker an sich und
  5. fünftens die interne Verkabelung bis zu den Klemmen am Verstärker.

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Nun kommt ein gewichtiger sechster Teil, nämlich die Lautsprecherleitungen. Als siebten Teil haben wir in den Lautsprecherboxen die Anschluß-Klemmen und die sogenannte Innenverkabelung samt Frequenzweiche. Ganz am Ende kommen die einzelnen Lautsprecher- Chassis und deren Konzepte.
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Das Beurteilen und Abwägen der Optimierungsbereiche

Bei der Analyse von Schwächen bei der Wiedergabe fällt der Blick allermeist zuerst auf die Leitungsverluste der Lautsprecherkabel, dann erst auf den Endverstärker. Wir wollen hier Vergleiche anstellen, wie groß der Einfluß der Lautsprecherkabel im Vergleich zu den Endstufenkonzeptionen ist.
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Ausgangspunkt ist der Vergleich zweier A/V Receiver

Die Anschlußkabel sind jedes mal 2,5mm² und die Boxen sind beide Male dieselben BRAUN L810 mit nur 4 Ohm Impedanz. Dennoch gibt es Unterschiede. Die liegen fast unsichtbar in den Endstufen. Vor Jahren stellte ich mir die Frage, warum fast alle unsere Test-Boxen an dem einen Accuphase E210 (mit angeblich nur 80 Watt pro Kanal) so hervorragend klingen. Da muß doch etwas dran sein.

Der Schlüssel liegt in der Stabilität und dem Innenwiderstand der Endstufe. Es gibt da neben dem meßbaren Innenwiderstand der Endstufe auch den Begriff des zu berechnenden Dämpfungsfaktors. Schlüsseln wir das mal auf :
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Betrachten wir diese Leistungsendstufe mal völlig separat vom Rest des Gerätes, also gehen wir von einer idealen - unendlich starken und stabilen - Stromversorgung des Netzteils aus und schauen nur auf den Schaltungs-Teil der Endstufe.

Bei 230 Volt Netzspannung liefert der ideale Transformator an seinen beiden Sekundär-Wicklungen eine deutlich niedrigere Wechselspannung, die mit einem Brückengleichrichter und dicken idealen Kondensatoren in eine Gleichspannung gewandelt wird. Diese Gleichspannung - zum Beispiel ±56 Volt - begrenzt schon mal die maximale Ausgangsspannung (von max. 112 Volt) dieser Endstufe. Das heißt aber - nur im Idealfalle kommen diese ±56 Volt auch am Lautsprecher an.
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Der Innenwiderstand einer Endstufe .....

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Der Strom (die roten Pfeile) fließt mit einem Signal immer von "+" zum Lautsprecher oder von "-" zum Lautsprecher, aber nie beides gleichzeitig.

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Die Spannung in der Mitte der beiden roten Kreise bewegts sich im Idealfalle exakt gleich zu dem Eingangssignal. Also mit einem Eingangs-Signal wird dieser Ausgangsleitung zum Lautsprecher die entsprechende Spannung aufgezwungen.

Jetzt haben aber die zwei oder 4 oder noch mehr Endtransistoren auch einen Collector-Emitter- (Durchleitungs-) widerstand und sie haben zusätzlich noch die Collector-Widerstände, die den maxiamalen Strom im Kurzschlußfalle begrenzen sollen. Bei mehreren parallel arbeitenden Transistoren sollen diese Collectorwiderstände auch in den parallelen Zweigen bezüglich der Strombelastung ausgleichend wirken.

Es summieren sich in einem Endstufen-Kanal also die recht kleinen Widerstände der Verkabelung, der Widerstände der eingesetzten Transistoren, die Collectorwiderstände, die der Filterspulen, der Relais-Kontakte und der LS-Klemmen zu einem meßbaren Innenwiderstand.
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Versucht jetzt ein Bass-Chassis (und nur dort kommt es wirklich vor) bei einem Ausschwingverhalten eine Spannung rückwärts in dieses Netzwerk einzuspeisen, wird diese Spannung im Idealfalle kurz geschlossen. Die ungewollte Eigenbewegung der Membrane wird kräftigst abgebremst.
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Eine einfache Formel zum Verstehen

Je kleiner der Innenwiderstand des Verstärkers ist (= je größer der Dämpfungsfaktor ist) und je kleiner der Leitungswiderstand der Lautsprecherleitung samt Klemmen ist, desto mehr Strom (Leistung) kommt an der Box an.

Von da an ist nur noch der Wirkungsgrad der passiven Box (Verluste durch die passive Frequenzweiche) das letzte Qualitäts-Kriterium. - Der Dämpfungsfaktor wird aber nur für eine bestimmte Impedanz der Box (z.B. 8 Ohm) berechnet und ist darum kein so glückliches vergleichbares Kriterium.
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Nun kommen die Feinheiten der ganzen Geschichte .....

Es fängt bei der Netz-Zuleitung an und geht weiter zum Gleichrichter und den Siebkondensatoren. Alle Beteiligten müssen auf hohem Niveau stehen, sonst ist der mögliche Gewinn an Audio-Qualität verpufft.

Der Netztrafo (und die Netz-Zuleitung) muß in der Lage sein, die durch den Verbrauch der Endstufe abfallende Spitzen-Spannung an den Siebkondensatoren so schnell wie möglich wieder aufzuladen bzw. nachzuladen. Dafür hat er aber nur wenig Zeit, nämlich nur den mittleren Teil der Scheitelspannung einer Halbwelle der Sinuskurve. Das bedeutet aber, der Trafo muß kurzzeitig deutlich höhere Spitzenströme liefern können als den Dauerstrom des Dauerverbrauchs. Das kann ein Schnittbandkern-Trafo oder gar ein Ringkern-Trafo besser (kleinere Innenwiderstände) als ein normaler Standard- M-Kern- Trafo.

Auch die dicken Sieb-Kondensatoren müssen große Lade- und Entladeströme verkraften. Nicht alle Kondensatoren sind dafür ausgelegt bzw. können das. Ist der Gleichrichter "auf Kante genäht", also ganz knapp dimensioniert, wird er nicht nur erheblich heiß, dort gehen auch wieder einige Prozent an Duchleitungs- Leistung verloren.
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Facit: Unter Belastung darf die Versorgungsspannung (im Idealfalle) nicht oder nur ganz gering einbrechen. Erkenntnis: Die modernen Kondensatoren in den modernen Schaltnetzteilen (im Primärteil) sind für solche ununterbrochenen extremen Dauer- Lade- und Entladestöme ausgelegt und ein Austausch von über 20 Jahre alten Elkos bietet sich daher an.
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Aus dem oben Genannten relativiert sich Manches .....

Die lange Zuleitung der 230 Volt vom Hausanschluß im Keller oder auf dem Dach - über alle Etagen bis zu letzten Steckdose - spielt für die maximal möglich Impulsleistung sehr wohl eine Rolle. Eine vergoldete Steckdosenleiste für 800.- Euro und ein 200.- Euro teures Kaltgeräte- Anschlußkabel kann an diesen Leitungsverlusten nichts mehr korrigieren. Alleine die Psyche glaubt, eine Verbesserung wahrzunehmen.
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Jetzt kommen wir zum eigentlichen Thema .......

0,005 Ohm und 5 Watt

Der Innenwiderstand von Endstufen hat Einfluß auf die Wieder- gabequalität der Lautsprecher. Aber wieviel Einfluß hat er ?

Bei dem Pioneer VSX-859 it seinen 5 Endstufen je 100 Watt an 8 Ohm ist mir im Schaltplan aufgefallen, daß dort jeweils nur ein Pärchen MOS-FETs eingesetzt wird und beide Collector- widerstände nur 0,05 Ohm haben. Weiterhin ist aufgefallen, daß jede Box einzeln per Relais miit einer ausgeklügelten Schutzschaltung zugeschaltet wird. Die Versorgungsspannung der Leistungsendstufen beträgt bei 230 Volt Netzspannung ca. ±51 Volt. Und jetzt hatte ich angefangen, zu recherchieren, wie machen das die anderen Hersteller von 100 Watt Endstufen ?
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Wieviel Versorgungsspannung benötigt eine Endstufe mindestens, um 100 Watt Sinus an einer 8 Ohm Last zu liefern und was passiert bei Überlast und was passiert im Kurzschlußfalle (am Lautsprecherkabel) ?
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Hier kommen ein paar Beispiele anderer Endstufen:

Zum vorerst theoretischen Vergleich gehören die Type der Transistoren, die Versorgungsspannung soweit angegeben, der (oder die) Collector-Widerstand(e) und die angegeben RMS-Nennleistung pro Kanal.
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Mehrere Artikel über die MOSFETs lesen Sie hier.
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Die Vergleichs-Aufstellung kommt .......

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