Service = Beratung, Planung, Module
S. u. : Ein Schaltungsversuch für einen TIM-freien Preamp - Eigenbau
Sie möchten ein Gerät selbst bauen, mit modularem Aufbau? Oder sogar mehrere (z. B. Preamp und Endverstärker oder Kopfhörerverstärker)?
Dann können Sie den Aufbau durch vorgefertigte Module erleichtern. Die Planung steht immer an erster Stelle. Doch planen kann man nur mit entsprechenden Informationen. Klären Sie einfach, was soll das zukünftige Gerät (unbedingt) können, was wäre als Erweiterung denkbar und auf welche Eigenschaften können Sie verzichten. Denn oft sind teure und aufwändige Fertiggeräte mit verbesserten Eigenschaften nur dann zu haben, wenn eben auch der Aufwand für Komfort oder Erweiterungen mit in Kauf genommen wird. Durch Eigenbau sind u. U. klangliche Spitzenleistungen mit kaum zu verbessernden Eigenschaften möglich, aber der "parallel" mögliche Komfort kann auf die nötigen Dinge begrenzt werden, die wirklich zählen. Dabei muss man nicht fürchten, nur weil kein "tolles Display" vorhanden ist, eine klangliche oder designtechnische Fehlleistung zu erhalten. Denn das Eine hat mit dem Anderen nur dann etwas zu tun, wenn Beeinflussungen dadurch entstehen. Als Beispiel soll ein Relais im Input verglichen werden: Es hat klanglich keinen erwähnungswürdigen Einfluss, ob ein Drehschalter oder eine andere Umschaltung gewählt wird, aber es hat die Möglichkeit der Steuerungs-Auswahl. Würde dagegen ein elektronischer Umschalter verwendet werden, nur um ohne Kontakte auszukommen, wäre die Klangqualität nicht mehr unbeeinflusst, weil diese Halbleiterstrukturen eben nicht ohne Einflüsse sind. Der Service meinerseits ist neben der (wenn möglich) Beratung auch die Frage der Planung des Konzeptes. Hilfestellungen sind immer auch mit etwas Zeit und Aufwand möglich. Die Auswahl der Module beschränkt sich auf das TPS-Modul (Burr Brown - ICs neuester Generation und höchster Klangqualität), ein Line-Treiber-Modul als Erweiterungsmodul für Kopfhörerbetrieb mit allerhöchster Klangqualität, anpassbar bezüglich der Last. In jedem Fall ohne TIM mit geringstem Klirr. Und als Krönung die QC-Drive-Transkonduktanz-Endstufe, etwas größer als eine Euro-Karte mit Kühlwinkel, Kühlkörper nicht im Lieferumfang.
Die damit verbundenen Planungen und Fragen sind umfangreich - das Ziel ist die unverfälschte Musikwiedergabe für lange Zeit. Und selbst gebaut heißt auch, man weiß was man hat. Wenn man weiß, was man wie machen muss.
Viele Bauanleitungen oder Schaltungen sind meiner Ansicht nach ungeeignet, weil wesentliche Dinge falsch betrachtet oder unzureichend bekannt zu sein scheinen. Hinter einen OP-Amp noch eine Class A Stufe mit Mosfet zu setzen, diesen in die Gegenkopplung einzubeziehen, jedoch eine Auskopplung am Source zu machen, ist unsinnig. Denn wenn ein Cinch-Kabel oder eine folgende Stufe mit kapazitiver Last gleichgesetzt werden kann, ist der mögliche Einfluss der Kapazität einer Leitung oder der Eingangskapazität u. U. Grund für TIM. Dann über Kabel zu diskutieren zeigt, der Einfluss solcher teils sehr teuren Kabel wird zwar hörbar, jedoch nur wegen der falschen Schaltungstechnik oder falsch ausgesuchter, ungeeigneter OPVs. Deshalb lehne ich Source- oder Emitterfolger grundsätzlich ab, wenn diese als Output-Impedanzwandler oder als Verstärker-Output dienen. Denn dazu sind grundsätzliche Dinge zu beachten. Wird eine Leitung z. B. an den Output einer Stufe (Impedanzwandler, Verstärker, Entzerrer, Endstufe) angeschlossen, als Verbindung zur Last (Eingangswiderstand und Kapazität einer Folgestufe, Kopfhörer, Lautsprecher), sprechen wir von komplexer Last. Denn diese ist reell und phasenverschiebend zugleich. Der Kabelwiderstand spielt meist eine untergeordnete Größe (Cinch-Kabel), nicht jedoch die Kabelkapazität und im geringen Umfang die Induktivität. Bei Lautsprecherleitungen ist der Querschnitt für die Dämpfung der Gegen-EMK wichtig und natürlich auch für möglichst geringe Leistungsverluste. Die Kapazität und Induktivität mag auch noch eine Rolle spielen. Jedoch ist die komplexe Last (Impedanz frequenzabhängig) wesentlich. Damit wird klar, dass der Output-Strom durch diese komplexe Last fließt. Der einfache Fall Cinch-Kabel verdeutlicht, dass Eingangswiderstand + Eingangskapazität der Folgestufe sowie die Kabelkapazität parallel sind, und damit den "Lastwiderstand" der Outputschaltung bilden. Diese komplexe Last als Emitterwiderstand (bei Emitterfolgern) ist kritisch. Denn der Basisstrom als Steuergröße setzt eindeutige Werte, jedoch muss am Emitter durch Umladevorgänge der Kapazität immer eine Phasenverschiebung betrachtet werden, welche aber dem steuernden Momentanwert an der Basis widerspricht. Damit ändert sich die Emitterspannung abhängig von der komplexen Last und nicht eindeutig vom Basisstrom als Steuergröße. Bei induktiver Last (wie Schwingspule) ist es ähnlich, nur mit anderen Vorzeichen. Hier kann die Basisstromgröße nicht den nötigen Emitterstrom erzeugen, weil die Gegen-EMK und die Phasenverschiebung nicht im Einklang mit der Steuergröße sind. Denn wenn die Emitterspannung durch Einflüsse von "außen" steigt oder fällt, steigt auch die Spannung im gleichen Verhältnis an der steuernden Basis. Doch die Basis soll ja nur die Werte haben, wie durch Arbeitspunkt und Steuergröße (momentan) diktiert wird. Und wenn ein "besonders teures und gutes Cinch-Kabel" dann klanglich auch eine bessere Darbietung bereitet, nur weil der dann geringere kapazitive Einfluss die Emitterfolgerprobleme lindert, vom "Kabelklang" zu reden, ist die falsche Betrachtung! Tugenden zu erkennen und zu richtigen Folgerungen zu gelangen heißt dann auch Bescheid wissen.
Emitterfolger Grundschaltung, bei komplexer Last Ursache für TIM!
Service heißt Bescheid wissen. Tuning oder gleich richtig machen! Klang-Fehler wie in Abb. 3 vermeiden! Fragen? Kontaktieren Sie mich.
Wird dagegen der Output als Stromsteuerung (Transkonduktanz) am Kollektor abgegriffen, kann die komplexe Last keine Rückwirkung dieser Größenordnungen erzeugen. Vor allem dann, wenn auch noch bei Emitterfolgern der Output zur Über-Alles-Gegenkopplung heran gezogen wird, kommt es zu TIM. Würde man einer Emitterfolgerstufe per Simulation parallel (extra wegen der sonst nicht gegebenen Erkennbarkeit) zum Emitterwiderstand einen groß genug bemessenen Kondensator als komplexe Last aufbürden - dann wird ein Sinus bereits drastisch (sichtbar) verzerrt (Abb. 3). Aber auch ein scheinbar "gut aussehender" Sinus kann bereits verzerrt sein. Abb. 2 u. 4 zeigen die relativ hohen Umladeströme in der kapazitiven Last, die vom Output "nebenbei" aufgebracht werden müssen (blau). Damit wird selbst bei normalen Kapazitätswerten klar, dass dieser Umstand nicht unberücksichtigt bleiben darf.
Emitterfolger (links Grundschaltung) haben an komplexer Last, egal ob kapazitive oder induktive Belastungen, nichts zu suchen! Soucefolger sind ebenfalls genau wie Kathodenfolger (Röhre) ungeeignete Schaltungen an komplexer Last.
Deshalb sind alle von mir entworfenen oder realisierten Projekte diesen Voraussetzungen unterworfen, wenn diese neu geplant oder neu gebaut werden. Wenn möglich verzichte ich auf Koppelkondensatoren. Die möglichst reine Signalform mit geringem Aufwand, das ist das Mittel zum Zweck. Damit ist klar, dass die OPVs in vielen Schaltungen wie auch Endstufen-Konzepte nicht frei sind von solchen negativen Effekten. TIM dann allein als Folge von Gegenkopplung über Alles zu stigmatisieren - diese Irrtümer reichen mir. Deshalb biete ich Ihnen bei meinen Entwicklungen stets "musikalisch rein" klingende Konstruktionen nach bestem Wissen und Gewissen an. Die von mir neu gebauten TPS-Module entsprechen zu 100% dieser Erwartung und sind damit für höchste Ansprüche geeignet. Ältere Module, welche von mir bereits mit OPA2604 bestückt wurden, können zumindest in der Ausgangsstufe durch neue ICs so geändert werden, dass die Frage TIM durch kapazitive Last (Cinch-Kabel) nicht mehr in Erscheinung tritt. Die Außenbeschaltung - also Koeffizienten und alle nötigen passiven Bauelemente sind frei wählbar, wenn diese "passen" bzw. beschaffbar sind. Bei Erweiterung zu einem Preamp - Entzerrer würde es genügen (auch bei PP100 - Umbau noch nachträglich machbar!), wenn ein (gutes) Poti davor gesetzt wird und (oder) die Input-Umschaltung für mehrere analoge Quellen. Wer auch noch digitale Inputs wünscht, muss hier für DA-Wandler-Konzepte Platz lassen oder extern davor setzen. Eine Umschaltung mit Relais und Steuerung mit PIC-µC wurde von mir gebaut und programmiert. Neben einer Aus-Taste (Orts- und Fernbedienung) sind 2 unabhängige Tasten und 4 abhängige möglich. Damit kann an der Front per Tipptasten mit LED-Anzeige geschaltet werden, das Poti mit Motor kann wie die Tasten auch mit IR-FB gesteuert werden (programmierbare Universal-FB). Ein Kopfhörer-Verstärker mit Klirrwerten (wird noch per Simulationen später im dann abrufbaren PDF erläutert) der Superlative und Klang allerhöchster Reinheit (für dyn. KH) kann per Modul mit entsprechender Anpassung geplant werden (ohne Gehäuse und Netzteil). Dieses Modul ist diskret aufgebaut und hat Gegentakt Class A Mosfets mit Signal-Abnahme an den Drains. Je nach Kopfhörer-Impedanz ergaben Simulationen extrem geringe Klirrwerte bis nahe -120 dB. Bedenkt man den Preis von Fertiggeräten ähnlicher oder fast ähnlicher Art, sind locker 2000,-€ anzusetzen. Alle Platinen werden industriell gefertigt und entsprechen damit höchsten Qualitätsansprüchen. Die Bestückung wird von Hand vorgenommen und durch Reflow-Lötverfahren gelötet bzw. in konventioneller Lötung bei bedrahteten Bauelementen. Spezielle Wünsche oder Einzelstücke sind denkbar. Da immer auf TIM-freie Gesamtkonzepte geachtet wird, kann dieses Ziel erreicht werden, wenn eben alle beteiligten Geräte und Verbindungen selbst auf die eine oder andere Art geprüft und getunt werden.
Sie haben einen Preamp? Und wollen diesen behalten? Dann fragen Sie nach, denn die Ausgangsstufen umbauen auf Line-Treiber-Eigenschaften ist fast immer mit hohem Klanggewinn möglich. Selbst wenn der Hersteller angeblich diese als Herausstellungsmerkmal angibt, ist es nicht immer klar, wie es denn wirklich arbeitet.
Zur Frage Preamp mit Kopfhörer-Verstärker muss noch erwähnt werden, viele Kopfhörer-Verstärker arbeiten falsch, weil auch mit Emitterfolgern bestückte "kleine Endstufen" auch an Kopfhörern (komplexe Last) nicht ohne TIM bleiben. Ferner las ich auf Wikipedia zum Thema Kopfhörer das unzureichend und falsch "interpretierte" Thema IKL. Sie können mich gern fragen!
Wichtiger Hinweis für alle passiven FRS20 R(S) mit externem PFLEID-Entzerrer PP100 s. u. !
PFLEID-Reparatur-Service und als "Krönung" das Komplett-Tuning bei FRS20R aktiv zu "aktiv QC"
Aktive wie passive FRS20 Boxen - Reparatur der Elektronik und damit verbundene Prüfung. Die Voraussetzung dafür besteht in einwandfrei arbeitenden Chassis. Notwendige Sickenreparaturen leite ich gegebenenfalls und nur nach Absprachen weiter an Fremdanbieter. Tuning nach Absprachen, je nach Ausführung und Aufwand in Abhängigkeit der Möglichkeiten. Denn nicht jeder Tuning-Kondensator passt räumlich oder preislich. Bei den neuen (die Grund-Tuning-Variante) TPS-Modulen wird die Eingangsstufe auf der PFLEID-Platine (bei aktiven FRS20) mit Burr Brown IC versehen, ebenfalls im 65 Hz Filter. Durch die neuen TPS-Module mit den besten Burr Brown ICs ist immer auch Line-Treiber-Out inbegriffen (PP100). Während in den originalen Stufen die alten Ti-Typen TL071, 72 bzw. 074 verwendet wurden und leider durch TIM - Verzerrungen den Klang negativ verändern, wird durch das Tuning dieser Umstand geändert in "reinrassige" Klangergebnisse. Aber das ist auch dem damals geschuldeten Stand der Technik anzulasten. Passive FRS20 (PP100) können ebenfalls in allen Stufen umfangreich getunt werden (Glimmer, KP-Kondensatoren, Halbleiter ohnehin). Aktive FRS20 können aus heutiger Sicht statt mit dem klanglich nicht gleichzusetzenden internen Verstärker ebenfalls auf den TIM-freien QC-Amp umgebaut werden. Mit getuntem PP100 wie auf S. "home" und dem QC-Amp - das Musikerlebnis in neuer Dimension ist gesichert.
denn FRS20 - aktiv oder passiv, getunt, mit QC-Drive-Amp kombiniert - erfüllt Musikträume!
Der Einbau von QC-Drive-Transkonduktanz-Endstufen in bereits mit allerfeinsten Kondensatoren, ICs und TPS-Modulen der neuesten Art getunten aktiven FRS20R (dann FRS20R aktiv QC) - eine neue Dimension bei der klanglichen Umsetzung entsteht. Lesen Sie auch unter QC-Amp.
Die ersten beiden Boxen FRS20R aktiv QC sind umgebaut und konnten im Kurztest ihren Klang mit der erwarteten höchsten Performance unter Beweis stellen. Komplett getunt heißt in diesem Fall von neuen Ladeelkos (Mlytic Mundorf) über getunte TPS-Module der neuen Bauart und feinsten passiven Teilen (KP-Kondensatoren bzw. Glimmer usw.) und dem überarbeiteten QC-Amp mit Heatpipe. Ebenfalls nötig ist die komplette Überarbeitung des Netzteiles. Da sich erst und bedingungslos nur dadurch das QC-Amp Modul in der FRS20R aktiv betreiben lässt, sind als Voraussetzung dafür entsprechende Kosten nicht vermeidbar. Belohnt werden dafür die Sinne und darauf sollte es schließlich ankommen.
Der komplette Umbau hat damit eine dem natürlichen Klang sehr nahe kommende Wirkung. Allerdings müssen "Zuspieler" und Preamp auch höchstem Klangniveau entsprechen! Denn unbedingt die "reinen" Signale der Quellen und der danach arbeitenden Stufen sind eine Voraussetzung für das gesamte Ergebnis.
Hier wurde neben den Mundorf-Elkos ein kompletter Netzteil-Umbau für den Preamp und TPS vorgenommen, sowie die TPS-Module nach der neuesten Version eingesetzt (steckbar) sowie hochwertigste Kondensatoren und ICs verwendet.
Original Literatur von Dipl.-Ing. Peter M. Pfleiderer †
"Hifi auf den Punkt gebracht"
Kurzfassung:
Der Autor hat im eigenen Labor viele Erfindungen auf dem Gebiet der Lautsprecher-Technik, der Elektronik sowie der Akustik gemacht und bis zur internationalen Patentreife gebracht.
HiFi-Techniker, Lautsprecher-Konstrukteure, Toningenieure, aber auch HiFi-Fans und anspruchsvolle Elektronik-Amateure finden zukunftsweisende und praktikable Lösungen für eine akustisch korrekte Tonwiedergabe.
Die Phasenfehler der Lautsprecher, die wohl letzte große Hürde zur unverfälschten Klangwiedergabe, werden beseitigt. Außerdem wird gezeigt, wie eng die Qualität der HiFi-Wiedergabe mit der Technik, aber auch mit der Raumakustik zusammenhängt. Peter M. Pfleiderer stellt diese Wechselwirkung sowie verschiedene Prinzipien der Lautsprecherwiedergabe anschaulich dar. Auf dieser Grundlage aufbauend, bietet er praktische Möglichkeiten, bereits vorhandene HiFi-Boxen der jeweils gegebenen Örtlichkeit so anzupassen, dass eine optimale Wiedergabe- bzw. Hörqualität gewährleistet wird.
"Zeitrichtige, klangrichtige und akustisch hochwertige Musik"
Der Autor hat im eigenen Labor viele Erfindungen auf dem Gebiet der Lautsprecher-Technik, der Elektronik sowie der Akustik gemacht, die zu zahlreichen Patenten führten. Seine durch das Elternhaus geprägte intensive Beziehung zur klassischen Musik und sein Studium an der Technischen Universität München waren die besten Voraussetzungen, um bei der Musikwiedergabe mit Lautsprechern den akustischen Einfluss der Hörräume auf die Klangwahrnehmung zu erforschen. Da bei allen unterschiedlichen Aufstellungen der Lautsprecher im Raum der Direktschall und der Nachhall gleich blieben, stieß er direkt auf die ersten schallstarken Reflexionen und erkannte sofort ihre grundsätzliche Wirkung auf den Klang bei allen Gebieten, die mit Akustik zu tun hatten, z. B. der Konzertsaalakustik, der Kopfhörerwiedergabe und der Tonaufnahme und Wiedergabe für Lautsprecher. Daraus entwickelte er neue zukunftsweisende Lösungen die hier im Gesamtzusammenhang beschrieben werden. Dieses Buch zeigt zweifelsohne den Weg auf wie sich die Technik der High Fidelity in Zukunft unter der Einbeziehung der Akustik weiterentwickeln wird.
Was damals wohl nicht bekannt war: Der Entzerrer PP100 (auch getunte Versionen mit Burr Brown - ICs) benötigt wegen relativ hoher Eingangskapazität eine entsprechend zu ändernde Ausgangsbeschaltung der Vorstufe, welche das Signal für den PP100 liefert! Egal ob CD-Player oder Preamp, die Ausgangssignal-Stufen müssen durch entsprechende Maßnahmen gegen Entstehung von TIM geändert werden, fragen Sie unbedingt nach. In Kurzfassung: Keine Emitterfolger!
Der Klang ist das Maß der Dinge. Schritt für Schritt konnte ich selbst die Wirkungen bzw. Wechselwirkungen in den einzelnen Stufen und Geräten nachvollziehen, und jede Art "Schmutz wegwischen". Weil das richtige Prinzip durch PFLEID schon damals vorgelegt wurde, war es nur konsequent, dieses nach heutigen Maßstäben der Elektronik in der gesamten Kette "neu" durch richtige Konstruktionen und mit ungeahnter Auswirkung zu einem überwältigenden Musikerlebnis aufzuwerten. Nur noch durch die Quellen selbst bestimmt werden Klang und Gesamtbild. Wer diese Empfehlungen entweder durch Umbau oder Neuaufbau umsetzt oder umsetzen lässt, wird Musik zukünftig so erleben wie sie ist. Unverfälscht, natürlich und emotional.
U. Apelt
Ein Preamp - sehr auf Klangneutralität an komplexer Last ausgelegt - als Anregung mit Schaltplan zum Eigenbau soll nicht fehlen. Allerdings stellt der Verfasser hier klar, dass diese Schaltung virtuell erstellt wurde und somit möglicherweise Anpassungen benötigt. Der verwendete OPA27 kann auch noch DC-Offset Einstellung erhalten, hier nicht eingezeichnet. Der entsprechende Pin muss nur beschaltet werden (s. Datenblatt Hersteller).
Der Schaltungsentwurf dient als Anregung für verzerrungsfreie- und TIM-freie Wiedergabe auch an längeren Cinch-Leitungen sowie entsprechender Input-Kapazität des Folgegerätes zu einem klanglich einwandfreien Ergebnis zu führen. Diese Schaltung habe ich aber nicht praktisch erprobt. Risiken sind hier nicht bekannt.
Das Netzteil sollte mit hochwertigen Komponenten wie elektronischer Z-Diode pro Schiene o. ä. ausgelegt sein.
Der Widerstand R10/R6 (100 kOhm) ist als Poti log. möglich, um damit eine einfache Preamp-Funktion (Lautstärke) zu bekommen. Am Input kann eine Quellenwahl mit Relais oder Drehschalter eingefügt werden. Die Spannungsquellen V2, 7 haben je 15 V für den IC, die Quellen V4, 6 sind in der Simulation mit je 31 V bemessen.
R9 ist nicht 10 sondern min. 100 Ohm. Der Kopfhörer (hier als Widerstand R11 eingezeichnet) kann min 60 Ohm oder höher betragen, lt. Simulation. Als Line-Treiber entfällt der Widerstand R11 oder kann mit 10 k bemessen werden. Der OPV ist willkürlich gewählt und kann als Anregung dienen. Durch die externe Transistorschaltung wird das Signal an den Kollektoren abgenommen - folglich ohne TIM an komplexer Last. R2, 4 sind Strombegrenzer und könnten den Kurzschlussfall abfedern. Ein Versuchsaufbau sollte eventuell mit Regelbarer Stromversorgung erfolgen. Ob eine thermische Belastung für die Endtransistoren entsteht, kann hier wegen reiner Simulation nicht beantwortet werden.
Simulierter THD an 10 kOhm für R11 (Line-Treiber) bei 1 kHz 10Vss: K2 -123 dB, K3 ca. -133 dB
Ob es allein am OPV liegt, wie hoch der THD ausfällt, kann nicht sofort beantwortet werden. Denn die Auskopplung intern an Emittern wird duch die nachgeschalteten Transistoren aufgehoben. Auch ein normaler Standard-OPV mit klanglicher Qualität als Voraussetzung kann hier deutlich aufgewertet werden, eben dann ohne TIM.
K2 bei 220 Ohm und 5 Vss (reell): -128 dB, K3 -136 dB
Bei 120 Ohm Aussteuerung nur bis ca. 5 Vss (out) mit k2 bei -135 dB, dafür aber k3 mit nur -89 dB. Die Werte wurden mit Potistellung wie gezeichnet ermittelt, die Verstärkung ist immer V=1
Output max. bei R11 (abhängig vom Eingangswiderstand des Folgegerätes, als Linetreiber) bei 10 kOhm: 20,5 Vss. Wenn eine sehr lange Cinchleitung oder erhöhte Kapazität erwartet wird, könnte Schwingneigung enstehen, bzw. sich als leichte Addition auf das Outputsignal legen. Abhilfe schafft ein kleiner Widerstand vor der Ausgangsbuchse vor dem Innenleiter-Kontakt der Buchse. Zwischen 7 - 10 Ohm und die HF-Gefahr ist gebannt. Selbst bei 10 nF Gesamtkapazität, was schon als derbe Übertreibung gelten dürfte.
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