Welche Endstufen für Selbstbau-Aktivlautsprecher?

[Ralph Berres]

Weil die Mosfetendstufen immer so gelobhudelt werden, habe ich mir jetzt die Kennlinien von Leistungsmosfets nochmals genauer angesehen.

Ganz nachvollziehen kann ich es demnach nicht, das man so gerne V-Fets nimmt. Es sei denn man will bevorzugt mit K2,K4,K6 usw Sound erzeugen. ( Musikerverstärker ).

Während die V-Fets über den gesamten Arbeitsbereich eine ziemlich gleichmäßige quadratisch gekrümmte Kennlinie besitzen, haben bipolare Transistoren , zumindest ab dem dem Kennlinienknick am unteren Ende
doch eine ziemlich gerade IB/IC Kennlinie. Den gekrümmten Kennlinienteil kann man relativ leicht aus dem Weg gehen, in dem man , wie ja auch üblich, einen Ruhestrom fließen läßt.

Im Kennlinienknick der bipolaren Transistoren sieht es allerdings anders aus. Aber da betreibt man auch keinen Audioverstärker.

Bipolare Endstufen haben demnach im nicht gegengekoppelten Zustand einen wesentlich niedrigeren Klirrfaktor und auch Intermodulationen als V-Fets. Die Gegenkopplung hat es demnach wesentlich leichter.
( Das haben übrigens auch schon mal Messungen ergeben, die ich an beiden Endstufentypen vorgenommen habe ).

Ralph

[axxxxx]

Moin,

das sind ja wirklich interessante Erkenntnisse/Offenlegungen:

Ich glaube, dass es kein Zufall ist, dass Entwickler, die sich viele Jahre mit diskreten Endstufen beschäftigt haben wie z. B. Friedrich Müller oder ich, heute schlicht zu den TDAs greifen. Wie BM übrigens auch, oder Manger.

...aber meine bisher besten Endstufen sind die in den AGM, und die laufen mit ICs.

Ich habe bislang gedacht, daß TDAs eigentlich nur für Consumer Produkte geeignet wären und bei audiophilen Goldohren verpönt sind.
Aber man lernt nie aus.
Dann stellt sich für mich aber die Frage, warum man dann die doch ziemlich aufwendigen Schaltverstärker einsetzt.
Wenn ich mir Chip-Amps anschaue, dann gesellen sich doch meistens zum TDA nur noch eine Handvoll weiterer Bauteile und ein Netzteil und dit war´s dann.

Gruß,
Kai

[Ralph Berres]

Moin,

das sind ja wirklich interessante Erkenntnisse/Offenlegungen:

Ich glaube, dass es kein Zufall ist, dass Entwickler, die sich viele Jahre mit diskreten Endstufen beschäftigt haben wie z. B. Friedrich Müller oder ich, heute schlicht zu den TDAs greifen. Wie BM übrigens auch, oder Manger.

...aber meine bisher besten Endstufen sind die in den AGM, und die laufen mit ICs.

Ich habe bislang gedacht, daß TDAs eigentlich nur für Consumer Produkte geeignet wären und bei audiophilen Goldohren verpönt sind.
Aber man lernt nie aus.
Dann stellt sich für mich aber die Frage, warum man dann die doch ziemlich aufwendigen Schaltverstärker einsetzt.
Wenn ich mir Chip-Amps anschaue, dann gesellen sich doch meistens zum TDA nur noch eine Handvoll weiterer Bauteile und ein Netzteil und dit war´s dann.

Gruß,
Kai

Vielleicht werden die TDAs deswegen eingesetzt, weil sie 1. billiger sind, als einen Haufen Bauteile, und 2. billger in der Fertigung, weil weniger zu bestücken ist. Man muss dem Kunden ja nicht alles erzählen.

Was die Schaltverstärker ( also Klass D Endstufen ) betrifft, haben sie immerhin einen großen Vorteil.
Das ist der Wirkungsgrad und somit die Hitzeentwicklung.

Sie haben aber uch viele Nachteile, welches dieses Konzept zumindest in der Highendszene schwer beherrschbar machen.
Das ist z.B. der Anstieg des Klirrfaktors bei hohen Frequenzen.
Das ist die Tatsache, das man die Schaltfrequenz auf der Leistungsseite ( sprich am Lautsprecherausgang ) mühsam erst wieder mit einen Tiefpass rausfiltern muss. Die Schaltfrequenz liegt immer ( also auch ohne NF Ansteuerung ) mit voller Amplitude am Ausgang an. Dessen Pulsbreite wird mit der NF verändert. Durch den Tiefpass entsteht die NF eigentlich sogar erst wieder.
Da ist das Problem einen Pulsbreitenmodulator zu bauen, welches einen Hohen Dynamikbereich aufweist.

Im Basskanal kann man vielleicht sowas einsetzen, aber ich persöhnlich wollte sowas nicht im musikalischen Hörbereich oder gar im Hochtonkanal haben wollen.

Ralph

[uli.brueggemann]

Das ist die Tatsache, das man die Schaltfrequenz auf der Leistungsseite ( sprich am Lautsprecherausgang ) mühsam erst wieder mit einen Tiefpass rausfiltern muss.

Ralph,
was bedeutet hier mühsam?
Was ist beim Einbau der üblicherweise verwendeten passiven Bauteile mühsamer als ein ganzes Grab voll Transistoren, Spannungsregler, Operationsverstärker, Gleichrichter, Widerstände, Platinen, Steckverbinder, Potentiometer, Kühlkörper usw. usw. ?
Was ist mühsamer, ein Tiefpass oder trickreiche Linearisierungsschaltungen bei diversen Arbeitspunkten?


Uli

[Ralph Berres]

Na dann versuche mal die rechteckförmige Schaltfrequenz von mehreren hundert Kilohertz mit einer Amplitude von 100VSS um mehr als 100db zu unterdrücken, damit sie am Ausgang nicht mehr in Erscheinung tritt. Das ist nicht so trivial ie man glauben möchte. Bei 20KHz sollten ja noch keine nennenswerte Phasenverschiebung entstehen.

Ralph

[axxxxx]

Hallo Ralph,

Das ist z.B. der Anstieg des Klirrfaktors bei hohen Frequenzen.
Das ist die Tatsache, das man die Schaltfrequenz auf der Leistungsseite ( sprich am Lautsprecherausgang ) mühsam erst wieder mit einen Tiefpass rausfiltern muss. Die Schaltfrequenz liegt immer ( also auch ohne NF Ansteuerung ) mit voller Amplitude am Ausgang an. Dessen Pulsbreite wird mit der NF verändert. Durch den Tiefpass entsteht die NF eigentlich sogar erst wieder.
Da ist das Problem einen Pulsbreitenmodulator zu bauen, welches einen Hohen Dynamikbereich aufweist.

Im Basskanal kann man vielleicht sowas einsetzen, aber ich persöhnlich wollte sowas nicht im musikalischen Hörbereich oder gar im Hochtonkanal haben wollen.

Das ist ja mittlerweile vom Grundsatz her fast Allgemeinwissen, zumindest in der

Highendszene

.

Gleichwohl setzt zum Beispiel Kiesler vom ME Geithain in den großen Lautsprechern der 800´er Reihe mittlerweile auch auf Class D.
Soweit ich weiß, bedient er sich dabei den ICE Power Modulen von B&O.
Nun wissen wir natürlich nicht, ob und wie so ein alter Fuchs, wie Kiesler, die von Dir beschriebenen Probleme in den Griff bekommt.
Das wäre natürlich interessant, herauszubekommen.

Cheers
Kai

[Ralph Berres]

Kai

Es gibt natürlich mehrere Möglichkeiten , das Problem mit dem Tiefpass anzugehen.

A: Man nimmt gar kein Tiefpass und läßt das Laustrprecherkabel den HF Müll abstrahlen, oder schreibt abgeschirmtes Lautsprecherkabel vor. Die Induktivitäten der Lautsprecher als Integrator wird es schon richten.

B: Man filtert ein bischen. Siehe oben.

C: Man baut vernünftige Filter ein. Diese sind aufwendig und teuer. Weil es in der Regel immer auf Tiefpässe 5 Ordnung und mehr rausläuft, welche auch noch die gesamte Leistung übertragen muss. Die Induktivitäten und Kapazitäten sind zwar wesentlich kleiner als bei einer normalen Lautsprecherweiche, aber trotzdem ist es mit Aufwand verbunden, und nimmt auch ziemlich Platz in Anspruch.

Wirklich professionelle Endstufen im Beschallungsbereich wählen übrigens die letztere Methode, weil sie bei einer Liveübertragung den HF Müll ganz und garnicht brauchen können. Da ist Betriebssicherheit an 1ter Stelle.

Ralph

[axxxxx]

Ralph,

verstanden!

Und da ja, bei größeren LS, mindestens drei Endstufen eingesetzt werden, habe ich das

C: Man baut vernünftige Filter ein. Diese sind aufwendig und teuer. Weil es in der Regel immer auf Tiefpässe 5 Ordnung und mehr rausläuft, welche auch noch die gesamte Leistung übertragen muss. Die Induktivitäten und Kapazitäten sind zwar wesentlich kleiner als bei einer normalen Lautsprecherweiche, aber trotzdem ist es mit Aufwand verbunden, und nimmt auch ziemlich Platz in Anspruch.

dann auch 3x.
Damit machte ich mir den Größenvorteil der kompakten Module auch wieder kaputt.

Vielleicht schaffe ich es ja mal, die 6 ICE Power Module, die ich wohlfeil erwerben konnte, zu Modulen zusammenzustricken und das dann mal in der Praxis zu testen.

Gruß,
Kai

[Ralph Berres]

Kai

Hast du ein Schaltbild von diesem Modul? Ode kannst du mal so ein Modul die Platine fotographieren und hier ins Netz stellen ( soweit keine Urheberechte dagegen sprechen ) ? Mich würde ja schon mal interessieren, wie dieses Modul aufgebaut ist.

Ralph

[axxxxx]

Hallo Ralph,

guggst Du hier:
ICE Power ASP

Gruß,
Kai

[Zwodoppelvier]

Hallo Ralph,
was Du bzl. V-FET beschreibst: so habe ich es auch noch in Erinnerung. Allerdings gibt es diverse Varietäten von FETs, die unterschiedlich gut für Audio-Zwecke geeignet sind. Leider habe ich nicht mal eben eine vergleichende Übersicht zur Hand, muß da auch erst noch etwas recherchieren.
Wenn man nicht selbst Schaltungen entwickelt, hat man es insofern leicht, als man einfach die Daten der Verstärker ansehen kann. Da schlägt sich z.B. eine mit den inzw. obsoleten SK134/SJ49 aufgebaute Endstufe nicht schlecht - Klirr bei ca. 0.01%, allerdings sind 100mA Ruhestrom erforderlich. Das Ganze klingt auch gar nicht übel.

In den 90ern (spätestens ) fanden aber u.a. Single-Ended-Trioden-Verstärker größeres Interesse. Hier ist die Situation wohl so, daß die Endröhren sehr lineare Kennlinien aufweisen, so daß auf eine GK verzichtet werden kann. Der Klirrfaktor ist aber x-mal so hoch wie bei den gegengekoppelten Transistorgeräten. Bei höherer Aussteuerung hat man dafür fast nur K2, so daß trotzdem bis ans Limit ausgesteuert werden kann.

Nun könnte man annehmen, daß so eine Schaltung niemals vernünftig klingen kann, zumal auch noch ein Übertrager mit seinen heftigen Einflüssen im Spiel ist.
Die Erfahrung hat aber vielen Musikfreunden das Gegenteil gezeigt: es entsteht bei Paarung mit passenden LS-Chassis ein Klang, dem man m.E. eine überzeugende Qualität attestieren muß. Leider sind hier aber solche Gummibegriffe wie "die Musik fließt", "glaubwürdige" Reproduktion, "echte Klangfarben" etc. die beschreibenden Parameter, was dann (verständlicherweise?) rasch zur Disqualifikation in jeglicher Diskussion führt...

In diesem Falle halte ich es wie Franz: wenn mein Ohr mir sagt, daß die Reproduktion des musikalischen Ereignisses wahrhaftiger ist, ist die Entscheidung klar - Meßwerte hin, Elektronik her.

Sorry, wenn ich jetzt zu sehr OT abgedriftet bin, aber das wollte ich gerne mal einwerfen, zumal bei Eigenbauten ja große Freiheit gegeben ist, welche Endstufe man wo einsetzt.

Viele Grüße
Eberhard

[Udor]

Hallo Ralph

Seit drei Jahren höre ich mit Schaltverstärkern von Hubert Reith. Zuletzt habe ich meine Concorde damit vollaktiv mit 3 Stereoamps betrieben, auch im Hochton

Das hat alles andere als schlecht geklungen, ganz im Gegenteil.
Infos zu seinen Amps(und mehr) findet man hier.

Da werden auch die Nachteile und Probleme des Ausgangsfilters beschrieben.

Gruß Udo

[Ralph Berres]

Eberhard

Wenn Röhrenverstärker als angenehm klingend empfunden werden, weil vorwiegend nur die geradzahligen Oberwellen vorkommen, ist das zwar schön, hat aber meiner Ansicht nicht wirklich was mit unverfälschter Wiedergabe zu tun. Es ist einfach nur angenehm klingender Sound.
Ich will auch um Gottes Willen niemand solche Verstärker madig machen. Jeder ist nach seiner Fason glücklich.
Aber diese ganzen Hörvergleiche wie es in diversen Hifi-Zeitschriften pupliziert werden, sind meiner Ansicht auch mit einer gewissen Skepsis zu betrachten. Doppelblindvergleiche die wissenschaftlich belastbar sind, und vor allem reproduzierbar sind findet man eher selten. Ansonsten sind viele Ergebnisse stark nach dem persöhnlichen Empfinden angelehnt.

Auch hier werde ich vermutlich eher auf Skepsis stossen. Aber ich halte mich zunächst mal an physikalische Gegebenheiten. Meistens decken diese sich sogar mit meinen Klangempfinden.

Aston und Udo

Diese von euch angeführten Module sehen ja schon ziemlich aufwendig und teuer aus. Mit entsprechenden hohen Aufwand bekommt man natürlich ( fast ) jedes Problem in den Griff.

Darf man fragen was diese Module letztendlich kosten? Wie sehen die Kosten im Vergleich zu einen klassischen Klass AB Endstufe aus?

Noch mals zu dem Vergleich Mosfet bipolare Transistoren.

Die Tatsache ist doch, das ein Mosfet von sich aus eine über den ganzen Aussteuerbreich eine quadratisch gekrümmte Kennlinie hat die massiv K2 erzeugt ( auch wenn das zunächst offensichtlich als angenehm empfunden wird ) und ein bipolarer Transistor ( sofern man sie mit einen Strom ansteuert ) eine weitgehenst gerade Kennlinie besitzt.
Natürlich bekommt man mit entsprechend starke Gegenkopplung jede Kennlinie irgendwie gerade.
Erschwerend kommt noch die Tatsache hinzu, das die Gate-Source-Kapazität sehr stark austeuerungsabhängig ist und sich im Nanofarad Bereich bewegt, was emense Treiberleistungen besonders bei hohen Frequenzen erforderlich macht, und die Gegenkopplung potentiell instabil macht.

Im Schalterbetrieb wie Klass D Endstufen, sind Mosfets wiederum von Vorteil, weil da die Kennlinie keine Rolle spielt, sondern hier kommt es auf einen möglichst niedrigen Drain Source On Widerstand an, um den Wirkungsgrad hoch zu bekommen. Dafür braucht man Jitterfreie Taktfrequenzen, einen Komperator mit extrem geringen Jitter, welche auch nicht gerade einfach zu realisieren sind. Gerade bei sehr kleinen Lautstärken und hohen Frequenzen kann der Klirrfaktor merklich ansteigen. Das Tiefpassproblem ist da fast noch eines der leichtesten Übungen, welches aber auch leicht am Wirkungsgrad knappert.

Eine Klass AB Endstufe ist da trotz eventueller Probleme auf der analogen Ebene m.E. leichter zu konstruieren.

Aber ich sehe schon das ich hier mit meiner Meinung alleine auf weiter Flur stehe. Deswegen währe ich auch ein schlechter Verkäufer.

Ralph

[Udor]

Eberhard


Diese von euch angeführten Module sehen ja schon ziemlich aufwendig und teuer aus. Mit entsprechenden hohen Aufwand bekommt man natürlich ( fast ) jedes Problem in den Griff.

Darf man fragen was diese Module letztendlich kosten? Wie sehen die Kosten im Vergleich zu einen klassischen Klass AB Endstufe aus?

Ralph,

Die Module von Hubert kosten fertig aufgebaut 375€(man kann auch selber löten). Das klingt erst mal teuer. Dafür leisten die Module aber auch 2x250W an 4Ohm(oder 1x500W in Brücke) und zwar nicht kurzzeitig sondern permanent. Desweiteren ist die Gleichrichtung und Siebung(2x20000uF) mit an Board. D.h. Trafo anschließen fertig.

Du kannst dir jetzt selber ausrechnen was ein vergleichbarer 2 Kanal AB Amp inkl. Netzteil und Kühlkörper kostet. Ich glaube nicht das du da viel billiger wegkommst.

Letztlich kommt es immer darauf an was man vor hat und was einem am besten gefällt. Es macht auch keinen Sinn einen Hochtöner mit einer 250W Endstufe zu befeuern...

Technisch kann ich zu den verschiedenen Konzepte leider nicht mitreden da ich nur ein Halbwissender bin der ein bisschen löten kann

Ich bin gespannt wie sich meine zukünftige BM12 mit den V-Fets schlägt wenn die fertig ist

Gruß Udo

[wgh52]

Hallo Ralph,

Du stehst sicherlich nicht allein! Class D Endstufen haben (inzwischen) ihre Daseinsberechtigung und gut geeignete Anwendungsfälle, Bipolare aber auch. Nicht umsonst stecken ja noch viele bipolare oder MOSFET Endstufen in heutigen Gräten und Lautsprechern.

Nicht-Class D Endstufen bieten mE noch eine Betriebsart, die, soweit ich verstehe, mit Class D nicht machbar ist (man korrigiere micht bitte falls das nicht stimmt!): Stromgegengekoppelte Endstufen! Ich kam durch die für ADAM AMTs "speziell entwickelte Endstufe" darauf, möglicherweise ist das ja keine spannungs-UGK sondern eine auf den AMT abgestimmte Strom-IGK Endstufe.

Bei der Auswahl von Endstufen für Selbstbau-Aktivlautsprecher sollte man die Möglichkeiten der UGK und IGK Endstufen sowie deren "Mischformen" in Betracht ziehen. Threads dazu gibt's hier und hier im Forum.

Gruß,
Winfried

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