Hallo zusammen,
angeregt durch die Akku-Experimente von Bernd Peter (siehe sein V-Thread) und einem längeren Telefonat mit ihm beschloss ich vor zwei Monaten, ebenfalls damit zu experimentieren. Die Grundidee, über die ich mit Bernd Peter sprach, besteht ja darin, die durch den AFI-USB erreichte galvanische Isolierung zwischen Streamer und DAC durch den Einsatz von Akkus auch in Bezug auf die Stromversorgung zu erreichen, d.h. dass auch darüber keine Potentialunterschiede mehr auftreten können. Neben dem sauberen Strom dürfte dies ein weiterer Faktor für den klanglich positiven Effekt sein.
Die darauf folgenden Wochen waren mit ausgiebigen Experimenten mittels eines provisorischen Versuchsaufbaus zu diesem Thema verbunden. Nachdem dies am Ende eine echte klangliche Ofenbarung bedeutete, entschied mich, das Provisorium in eine solidere Konstruktion umzubauen. Auch wenn diese Konstruktion ebenfalls nicht endgültig ist, so kann ich mit ihr prima leben - und vor allem Musik genießen. Deshalb möchte ich sie Euch nicht vorenthalten.
Zur Konstruktion:
Akku:
Im wesentlichen stehen zwei Typen in der engeren Wahl, nämlich LiPo-Akkus (Speichersubstrat aus Lithium-Polymer) oder LiFePO4-Akkus (Speichersubstrat aus Lithium-Eisen-Phosphat). Nach einigen Recherchen entschied ich mich für LiFePO4- Akkus - und zwar aus mehreren Gründen:
- Sie sind ungefährlicher (so gut wie keine Brand- und Explosionsgefahr)
- Sie haben mehr Lade-/Entlade-Zyklen (2000 vs. 300)
- Sie haben eine größere Toleranz bei der maximalen Entladespannung durch größeres Spannungsdelta (1,4V vs. 0,8V)
- Sie haben eine stabilere Spannungskurve bei der Entladung (maximale Differenz von Start bis Dropout 0,2V vs. 0,5V - bei mehreren in Reihe geschalteten Zellen erhöht sich die Differenz entsprechend der Anzahl)
Hier mal eine Grafik, die das unterschiedliche Entladeverhalten anzeigt:
Eine typische Lipo-Zelle von Trustfire mit einer typischen LifePO4-Zelle von Soshine (Typ IFR26650), die ich übrigens in meinem Setup einsetze. (Quelle:
http://lygte-info.dk)
Die Soshine-Akkus weisen eine gemessene Maximalspannung von 3,6V bei einer Kapazität von 3,4 Ah. Erworben habe ich sie bei Ebay. Sie trafen bei mir vorgeladenen mit 3,3V ein, sodass ich sie für den ersten Einsatz nur wenig nachladen musste.
Strom-Dimensionierung:
Es hatte sich in klanglicher Hinsicht als lohnend herausgestellt, alle drei in meinem Setup beteiligten Digital-Komponenten mit jeweils eigenem Strom zu versorgen. Insofern gibt es drei Verbraucher:
- SOtM smS-200
- AFI USB-Modul
- AFi Basisgerät
Der SOtM sMS-200 weist eine angegeben Spannungstoleranz von 6...14V auf.
Hier habe habe ich 3 Zellen á 3,33 V 3,4 Ah (=10 V max., 6,6 V min.) genommen. Man könnte durchaus noch eine zusätzliche Zelle nehmen, um den günstigesten Arbeitspunkt des internen Regulators des smS-200 zu erreichen. Diese Zelle hat jedoch nicht mehr in mein Gehäuse gepasst und stößt auch am oberen Ende der maximalen Spannung von 14,4 V deutlich am Ende zulässigen Spannung des Regulators (14 V) an.
Der AFI weist für das USB-Modul einen Spannungseingang von 5V auf.
Zwei Zellen á 3,33 V, 3,4 Ah bedeuten jedoch 6,7V max. und 4,4V min.
Ich habe das USB-Modul mit dem Labornetzteil im laufenden Betrieb vermessen. Dabei ergibt sich ein maximaler zuverlässig funktionierender Spannungsbereich seines internen Regulators zwischen 3,5 V am unteren Ende und 7,0 V am oberen. Soweit so gut. Doch klanglich tut es dem USB-Modul nicht gut, deutlich unter 5V zu gehen und in thermischer Hinsicht sind deutlich mehr als 6V auch nicht auf Dauer human (wenn man davon bei einiem technischen Gerät überhaupt sprechen kann). Deshalb entschied ich mich hier, ein zusätzliches Regulator Modul mit einem LDR (LT1083) plus der üblichen Peripherie-Elektronik einzuschleifen. Damit kann ich dem USB-Modul konstante 5V mitgeben.
Das AFI Basisgerät weist einen mit meinem Labornetzteil gemessenen Spannungsbereich von 6,5V bis 11V auf, ohne dass es zu klanglichen Einbußen kommt. Insofern kommen hier 3 Zellen á 3,33 V 3,4 Ah (=10 V max., 6,6 V min.) zum Einsatz. Das Basisgerät verbraucht übrigens weniger als die Hälfte der Leistung des USB-Moduls.
Gehäuse:
Als Gehäuse dient eine Metallkassette, die einen flachen Deckel zum Aufklappen besitzt, der mit einem Hebelverschluss versehen ist. Auf diese Weise kann ich die Akkus zum Laden schnell herausnehmen und später wieder einsetzen. Lediglich auf der Rückseite habe ich 4 Durchlässe für diverse Kabel (siehe Bilder) gebohrt und 4 Gummi-Gerätefüße am Boden angebracht. Damit ist das Gehäuse fertig.
Alle Komponenten habe ich auf einer schwarz beschichteten Holzplatte (Birke-Multiplex) aufgebaut, was gegenüber dem Direktaufbau in die Kiste den Vorteil hat, dass ich alles zunächst einmla ohne große Verrenkungen aufbauen und dann nach Fertigstellung komplett in die Kiste einsetzen kann.
Das sieht dann von außen so aus:
Hier die Rückseite mit herausgeführten Kabeln:
Hier das andere Ende der Kabel mit Steckern:
Und hier die Innenansicht mit den verbauten Komponenten:
Die Komponenten im einzelnen:
Sicherung:
Neben den 8 Akkuhalterungen sieht man links im Bild drei größere Sicherungshalter. Da die Zellen in der Lage sind, sehr hohe Ströme (um die 30A kontinuierlich) abzugeben, sichere ich jede der drei Outputs durch spezielle Sicherungen ab:
Als Wert habe ich 10A mittel gewählt, um den Stromdurchfluss nicht zu sehr zu bremsen. Es geht letztlich darum, im Falle eines Kurzschlusses, die Akkus nicht zu zerstören bzw. einen Brand zu verhindern.
Sicherungen mit 3A in kleineren Sicherungshaltern, die elektrisch gesehen auch ausgereicht hätten, haben sich leider negativ auf den Klang ausgewirkt. Diese hier sind aus dem Car-Hifi-Bereich mit vergoldeten Kontaktkappen und mit rundumlaufendem Federkragen, der die Sicherungskappe kontaktschlüssig umfasst.
Relais-Platine 6-kanalig:
Direkt über den Akku-Halterungen befindet sich eine Relaiskarte mit sechs Relais (250V/5A), deren Aufgabe es ist, die Akkus zweipolig an den Vebraucher zu schalten, bzw. bei Nichtgebrauch zweipolig vom Verbraucher zu trennen - letzteres ist unabdingbar, um verlässlich jede Entladung bei Nichtgebrauch zu unterbinden. Die Versorgung der Relaisspulen erfolgt durch ein externes 5V USB-Netzteil, welches vor meinen Stromfiltern in der Hauptzuleitung hängt. Da ich meine Anlage über einen Hauptschalter im Sicherungskasten ein- und ausschalte, ziehen die sechs Relais also beim Einschalten an und meine drei Digitalkomponenten werden mit Akkustrom versorgt. Schalte ich meine Anlage aus, werden die Akkus beim Abfallen der Relais automatisch von ihren Verbrauchern getrennt.
Akku-Wächter:
Da Akkus generell Tiefentladungen übel nehmen und mit vorzeitigem Dienstende - zumindest aber mit Reduzierung weiterer Ladezyklen - quittieren, ist ein Spannungswächter m.E. unabdingbar. Zum Einsatz kommen die kleinen Höllenmachinen aus dem Modellbau. Höllenmaschinen deshalb, weil sie bei Unterschreiten der eingestellten Mindestspannung einen Trommelfell zerfetzend lauten Piepton abgeben, den man ihnen angesichts ihrer Größe nicht zutrauen würde.
Jede einzelne Akkuzelle wird dabei einzeln überwacht. Die Anzeige wechselt im Sekundentakt zwischen der Gesamtspannung des Zellenverbundes und der Einzelanzeige jeder Zelle. Die drei Akkuwächter sind übrigens aus Stromspargründen der Relaiskarte nachgeschaltet, sodass sie erst aktiv werden, wenn die Relais anziehen, die Anlage also läuft. Zudem verhindere ich damit, dass die Dinger in Momenten Alarm geben, wenn man gerade seine Ruhe haben möchte (z.B. nachts).
Regulator-Modul:
Ganz links im Bild ist das oben erwähnte Regulator-Modul für die USB-Einheit des AFI. Auch dieses wird natürlich erst zugeschaltet, wenn die Relais anziehen.
Akku-Ladegerät:
Aufgeladen werden die Akkus übrigens durch dieses Gerät der Marke "Gyrfalcon":
(Quelle:
http://www.akkuteile.de)
Bei diesem Gerät wird jede Zelle in Bezug auf Ladestrom und Ladedauer separat kontrolliert. Der Ladestrom beträgt pro Zelle 1A, was einerseits einer überschaubaren Ladedauer von etwa 2-3 Stunden (je nach Entladungsstatus) entspricht, längere 100%-Kapazität-Lebenszeit garantiert. Denn nominal können die Zellen auch mit bis zu 6A geladen werden (max. 30 Minuten Ladezeit).
Klang
Wie immer am Ende aller Mühen und Plagen steht die Frage: Was hat's gebracht? Wie klingt das Ganze? - Wie ich eingangs bereits andeutete: Es klingt wirklich sehr sehr gut.
Ich hätte nicht für möglich gehalten, dass die Klangverbesserung gegenüber den bislang von mir verwendeten Linearnetzteilen so drastisch ausfällt. Der Klangunterschied liegt mindestens in der gleichen Größenordnung wie jene durch den Einsatz des AFI-USB. Einen so sauberen Klang habe ich bislang nirgendwo gehört. Es übertrifft in puncto räumliche Präzision, Detailauflösung und Ruhe im Klangbild alles bisherige, was ich in dieser Hinsicht gehört habe.
In den ersten Tagen, als ich das Ganze noch als Versuchaufbau betrieben hatte, hatte ich meine Anlage immer wieder eingeschaltet, um mich zu vergewissern, ob der Unterschied tatsächlich so groß ist. Er war es, und er ist es.
Dafür nehme ich übrigens auch gerne in Kauf, je nach Dauer meiner Hörsessions ein bis zweimal in der Woche meine Akkus aufladen zu müssen. Ich werde mir nun einen zweiten Akkusatz zulegen, um nicht gerade dann vom nahenden Ende des Akkus überrascht zu werden, wo ich es gerade überhaupt nicht gebrauchen kann.
Fazit
Akku-Betrieb für Digitalkomponenten ist ein echter Sprung nach vorne, den man nach meiner bisherigen Erfahrung auch mit sehr guten Linearnetzteilen nicht erreichen kann. Gerade Digitalkomponenten, die nur wenig Strom (bis 500mA) ziehen, sind für diesen Schritt prädestiniert.
Und wie immer am Ende meines Berichtes die aktualisierte Grafik meines Setups: