FAQ

Allgemein

Warum symmetrische Eingang-Signale Vorteile haben


Im Gegensatz zu unsymmetrischen Signalen werden symmetrische Signale über 2 Leitungen geführt (zuzüglich der Masseleitung). Ein symmetrisches Signal wird erzeugt, indem das ursprüngliche Signal im “sendenden“ Gerät invertiert (um 180° phasenverschoben) wird. Auf der einen Leitung liegt also das Signal (a), auf der anderen das Signal (-a). Im “empfangenden“ Gerät wird das symmetrische Signal auf einen Differenzverstärker geleitet. Dieser bildet die Differenz aus (a) – (-a) = 2a. Auf dem Weg zwischen den Geräten können Störsignale (s) das Signal beeinträchtigen. Diese Störsignale sind gleichphasig und gelangen natürlich ebenfalls zum Differenzverstärker. Dieser bildet die Differenz aus den Störsignalen (s) – (s) = 0. Im Idealfall werden also alle Störungen auf der Leitung eliminiert.




Warum getrennte Signalwege wichtig sind


Die gebräuchlichste Bauform des Operationsverstärkers ist der Doppel-OPV. Es sind also 2 OPVs in einem Gehäuse. Wenn in solch einem OPV das linke und das rechte Signal gemeinsam verarbeitet werden, sind Störungen der Signale untereinander nicht auszuschliessen. Die Störungen sind zwar nur sehr kleiner Natur, wenn sich aber konstruktiv die Möglichkeit ergibt dies zu vermeiden, sollte es getan werden.




Warum Operationsverstärker ideal für Kleinsignale sind


Gern werden in High-End Geräten diskrete (mit Transistoren aufgebaute) Operationsverstärker auch für die Vorstufen eingesetzt. Dies wird als Optimierung vermarktet, der teilweise exorbitante Mehraufwand muss vom Kunden bezahlt werden. Ein Operationsverstärker (OPV) besteht aber ebenfalls aus Transistoren. Die Bauform des OPV bietet darüber hinaus unter Anderem den Vorteil der thermischen Kopplung der einzelnen internen Komponenten. Auch spielen Alterungsprozesse eine wesentlich geringere Rolle. Durch die Vielzahl der angebotenen OPV-Typen kann für jeden Einsatzzweck der optimale OPV gefunden werden.




Warum es sinnvoll ist, den Frequenzgang zu begrenzen


Töne sind elektrische Wechselspannungen. Hören kann man diese als junger Mensch von ca. 20 Hz bis 20000 Hz. Je älter der Mensch, desto weniger hört er vor allen Dingen die hohen Frequenzen. Um diese Frequenzen möglichst gut zu übertragen muss der Frequenzgang eines Verstärkers möglichst breit und möglichst glatt sein. Nach unten ist diese Grenze durch die Gleichspannung gesetzt, tiefer geht es nicht. Nach oben kann sich die Grenze grundsätzlich in (fast) jeder beliebigen Höhe befinden, jedoch wird das Gerät dadurch auch empfindlich für elektromagnetische Einstrahlungen. Die hört man zwar erstmal nicht, sie mischen sich aber mit den Nutzfrequenzen und dann können sie hörbar werden. Ein beliebig offener Frequenzgang zeugt also nicht unbedingt von bemerkenswerter Ingenieursleistung sondern eher von Verantwortungslosigkeit.




Warum ein gutes Lautstärkepoti wichtig ist


Ein Lautstärkepoti ist ein mechanisches Stellglied, das es im Weltmarkt beliebig günstig gibt. Zwar wird es inzwischen oft durch elektronische Schaltungen ersetzt, die haben jedoch bezüglich Dynamik, Rauschen und Verzerrungen deutliche Nachteile. Widerstandsbahnen aus Leitplastik, hochwertige “Multitap“-Schleifer und getrennte Kammern für die einzelnen Sektionen sind für hochwertige Anwendungen wünschenswert. Um einen problemlosen Betrieb über Jahre sicher zu stellen, ist eine hohe Qualität unabdingbar. Da der Markt für richtig gute Potis klein ist, haben Hersteller wie Noble oder Panasonic nichts mehr im Angebot. Deshalb ist mit die Spitze des Machbaren das RK27 Poti von Alps, was auch gern in Violectric KHVs verwendet wird.




Verschiedene Arten der Lautstärkeregelung


Zur Regelung der Lautstärke ist ein Spannungsteiler nötig, der nur bestimmte Anteile des Pegels einer Vorstufe zur Endstufe eines Geräte durchlässt.
Die einfachste Variante dieses Spannungsteilers ist ein Potentiometer oder auch kurz Poti.

Das Poti Ein Poti zur Lautstärkeregelung kann man sich als einen „nackten“ Widerstand vorstellen. Dieser ist mit der einen Seite an das Signal der Quelle angeschlossen, die andere Seite liegt an Masse. Auf der Oberfläche dieses Widerstands kann ein mechanischer Schleifer bewegt werden. Ist er näher an der Seite der Quelle ist das Signal lauter, ist er näher an der Masse-Seite ist das Signal leiser. Liegt der Schleifer direkt auf Masse, ist das Signal „weg“. Es ist unschwer vorstellbar, das solch ein mechanisches Stellglied mit mehr oder weniger grossem Aufwand hergestellt werden kann.
Die Widerstandsbahnen können aus besserer oder schlechterer Kohle oder Leitplastik sein, die Schleifer aus einfachem oder besonderem Material und speziell geformt.
Für Stereoanwendungen ergeben sich weitere Komplikationen denn die Widerstandsbahnen müssen für Links und Rechts möglichst gleich sein (schwierig) und sich am besten räumlich getrennt in unterschiedlichen Kammern befinden.
Um einen problemlosen Betrieb über Jahre sicherzustellen sollten die Oberflächen der Widerstandsbahnen möglichst hart und glatt sein und die Schleifer wenigstens an den Kontaktflächen aus besonderem Material wie Silber oder Gold.
Das Poti ist mit speziellem Fett gefüllt. Alterung und Materialabrieb lassen ein Poti früher oder später kratzen weil der Schleifer nicht mehr akkurat auf der Widerstandsbahn sitzt. Wer jetzt meint, dem Poti mit Kontaktspray was Gutes zu tun liegt restlos falsch. Durch das Spray wird das Fett aufgelöst, das Poti kratzt zwar Anfangs nicht mehr, nach kurzer Zeit aber umso schlimmer. Die Anforderungen an die Mechanik sind ebenfalls hoch. Die Achsen sollten nicht wackeln, ein „sattes“ Drehgefühl ist genauso erstrebenswert wie ein identisches Drehmoment bei Geräten mit mehreren Potis.
Durch mechanische Massnahmen innerhalb des Potis können Rasterungen realisiert werden um eine (Re-)Positionierung zu erleichtern:
- für die Lautstärke wird gern eine 31- oder 41-fach Rasterung genommen, - ein Balance-Poti hat oft eine Mittelrast,
- für die Klangregelung empfehlen sich 13-fach Raster.
Diese Rasterungen haben nicht mit den Stufen eines Stufenschalter zu tun !
Sie dienen lediglich einer besseren Positionierbarkeit und vermitteln ein gewisses Präzisionsgefühl. Prinzipbedingt stellt das Poti für die Quelle eine recht konstante und hohe Impedanz dar, für das nächste Gerät jedoch eine höchst variable. Um Störeinflüsse auszuschliessen sollte diese Impedanz jedoch ebenfalls klein sein. Das lässt sich nur mit zusätzlichem elektronischem Aufwand bewerkstelligen, am besten durch einen Pufferverstärker. Obiges ist eine Grund dafür, das passive Stellglieder im Signalweg meist mehr Probleme bereiten als lösen !
Potis gibt es im Weltmarkt (fast) beliebig günstig – für ein paar Cent, oder auch exorbitant teuer – für einige hundert Euro wie das Alps RK50. Da der Markt für richtig gute Potis klein ist, haben Hersteller wie Noble oder Panasonic nichts mehr im Angebot. Deshalb ist das RK27 Poti von Alps das Mittel der Wahl wenn es um vernünftige Qualität zu einem akzeptablen Preis geht. Potis können recht einfach „automatisiert“ werden, indem man über ein Getriebe einen Motor anbaut. Eine Rutschkupplung sorgt dafür, das vorn per Hand gedreht werden kann während hinten der Motor läuft. Da Potis oft teuer sind und früher oder später anfällig werden wird schon lange über einen Ersatz nachgedacht: Der Stufenschalter

Ein Stufenschalter kann recht gut als Poti-Ersatz dienen.
Hier gibt es keine Widerstandsbahn sondern einen durch je zwei Widerstände pro Schaltstufe gebildeten Spannungsteiler.
Die Vorteile sind ein sehr guter Kanalgleichlauf, bei guter Qualität der Kontakte und einer nachhaltigen Konstruktion ist der Schalter langlebiger als ein Poti
Die Nachteile sind allerdings auch beträchtlich. Durch die begrenzte Anzahl der Stufen (12 oder 24) ist solch ein Stufenschalter nur bedingt zur Regelung der Lautstärke geeignet. Er ist auch teuer, speziell die 24-stufige Variante, aufwändig in der Herstellung, nicht automatisierbar. Der elektronische Schalter Ein elektronischer Schalter ist ein Element das von einem „recht hochohmigen“ Widerstand zu einem „recht niederohmigen“ Widerstand umgeschaltet werden kann. Die ersten Varianten dieser elektronischen Schalter hatten das Problem des „recht niederohmigen“ Zustands. Dieser war nämlich nicht wirklich niederohmig und variierte auch stark. Ausserdem ist der „Schalter“ ein Feldeffekt-Transistor der leider für nicht unwesentliche zusätzliche Verzerrungen verantwortlich sein kann. Unter gewissen schaltungstechnischen Voraussetzungen können elektronische Schalter als Relais-Ersatz zum Beispiel zur Eingangsumschaltung verwendet werden. Auch gibt es inzwischen elektronische Schalter die enger tolerierte „ON“-Widerstände haben. Elektronische Schalter sind jedoch nur bedingt als Poti-Ersatz verwendbar.
Das Ergebnis ist - abgesehen davon das solch ein Schalter sicher nicht kratzt – meist nicht sehr Hi-Fidel, wegen der ins bodenlose gefallenen Preise jedoch eine günstige Alternative. Ein Vorteil ist auch die sehr einfache Automatisierbarkeit. Der VCA Der VCA ist ausgeschrieben ein „Voltage Controlled Attenuator“, also ein „spannungsgesteuerter Abschwächer“. Bekannt aus frühen Analog-Rechnern und dort auch Vier-Quadranten-Multiplizierer genannt, wurde er in den frühen 80er Jahren für die Audiotechnik weiterentwickelt.
Er produziert im dämpfenden Zustand nicht zeitgemässe Verzerrungen und ist deshalb für Hi-Fi untauglich. Diese Schaltkreise sind sehr empfindlich (6mV pro dB) und damit für Stereo nur bedingt zu gebrauchen. Auch ist er nur mit recht viel Aufwand automatisierbar. Monolithische integrierte Schaltkreise Einen frühen Ansatz verfolgte Anfang der 80er Jahre Philips mit den Bausteinen TCA730 und TCA 740. Dies waren Chips die mit einfachen linearen Potis für zwei Kanäle die Lautstärke, Balance, Höhen und Tiefen regeln konnten. Ich denke das die Idee dahinter der Einsatz billigster Potis und reduzierte Verdrahtung war. Die ICs hatten schon in den 80ern ihren Ruf als „Rausch- und Klirrgeneratoren“ weg. Für Hi-Fi absolut ungeeignet. Der DCA Der Fortschritt in der Chiptechnologie brachte seit Ende der 90er den DCA, er ist ausgeschrieben ein „Digital Controlled Attenuator“, also ein „digital steuerbarer Abschwächer“. Wobei der Abschwächer selbst analog ist, das Setzen der internen „Schalter“ digital über Datenworte erfolgt.
Intern ist ein DCA eine intelligente Kombination aus vielen elektronischen Schaltern, Präzisionswiderständen und Pufferverstärkern.
Eines der ersten Exemplare war wohl der CS3310 von Cirrus Logic. Dieser und nachfolgende Bausteine sind zweikanalig und verfügen meist über 256 Stufen zu je 0,5 dB. Ein Schalten im Nulldurchgang der Welle ist vorgesehen und überhaupt ist die ganze Angelegenheit schon recht Hi-fidel was die Linearität, zusätzliches Rauschen und Klirren angeht. Eine Automatisierung ist sehr einfach durchführbar. Ein Nachteil des CS3310 ist, das er nur mit 5 V zu betreiben ist, die Aussteuerungsfähigkeit also eingeschränkt ist. Dies ist bei seinen diversen Derivaten teilweise verbessert worden. Der CS3310 und seine Kollegen werden oft und gern eingesetzt, sind meines Erachtens von Hi-End aber noch ein ordentliches Stück entfernt Der relaisgesteuerte Abschwächer (RCA) Der „Relay controlled Attenuator“, also der „relaisgesteuerte Abschwächer“ vereint die Vorzüge aller obiger Arten und vermeidet deren spezifische Nachteile.
Durch die Relais werden Widerstandskombinationen geschaltet, ähnlich dem Stufenschalter, jedoch mit deutlich mehr Stufen – ausserdem ist die Angelegenheit automatisierbar / fernbedienbar. Wir bei Violectric haben uns für eine 128-stufige Variante entschieden.
Die Schrittweite ist 0,75 dB, sodass ein Regelumfang von 96 dB entsteht. Eine 256 stufige Variante mit einer Schrittweite zwischen 0,3 und 0,5 dB wäre natürlich auch möglich – jedoch sehen wir hier keinen wirklichen Vorteil. Natürlich sind keine 128 Relais pro Kanal beteiligt sondern es ergeben sich aus 27 durch 7 Relais pro Kanal 128 Kombinationen. Die Vorteile:
- kein Kratzen weil keine Widerstandsbahn vorhanden ist - bestes Kanalgleichheit durch den Einsatz von 1% und 0,1 % Widerständen - beste Übersprechdämpfung weil die Kanäle räumlich getrennt werden können - Regelbereich theoretisch gösser als bei einem Potentiometer
- Multikanalbetrieb sehr einfach realisierbar
- keine Gefahr von zusätzlichem Klirr oder Rauschen da nur Festwiderstände im Signalweg sind - die absolut beste Möglichkeit, die Lautstärke zu regeln
Natürlich gibt es auch Nachteile
- es ist (leider) auch die technisch aufwendigste und damit teuerste Lösung - mechanische Geräusche während der Einstellung
- teilweise leichte Tonstörungen und knacksen während der Einstellung Die (Fern-) Steuerung der Lautstärke

Wenn die technischen Voraussetzungen gegeben sind, wird gern ferngesteuert.
Die erfolgt meist über eine Fernbedienung mit Infrarot Sender, diese hat Tasten.
Eine optische Rückmeldung hat man im Allgemeinen auf der Fernsteuerung nicht.
Wenn ein Motorpoti im zu steuernden Gerät vorhanden ist, ergibt sich die optische Rückmeldung durch einen Blick zum Gerät.
Einfacher und deutlich billiger ist die Verwendung von Drehgebern (Incrementals) oder auch Up-Down Tastern am Gerät. Jetzt sollte allerdings durch geeignete Massnahmen der aktuelle Stellwert angezeigt werden. Dies kann durch einen LED-Kranz rund um den Drehgeber erfolgen, durch ein 2-3 stellige 7-Segment Anzeige oder durch ein Alpha-numerisches Display. Das kann man mögen – wir tun es nicht, halten uns vom plakativen Bunten und Blinkenden lieber fern.

Unser Ansatz bei der relaisgesteuerten Lautstärke ist wieder der exklusive, teure. Wir verwenden ein Motorpoti.
Dies kann ferngesteuert oder auch von Hand bedient werden. Auf jeden Fall ist die optische Rückmeldung über die Stellung des Knopfes gewährleistet.
Durch dieses Motorpoti wird eine aus einer Referenz abgeleitete Steuerspannung gebildet.
Diese Steuerspannung wird über einen A/D Wandler in ein digitales Datenwort umgewandelt. Das Datenwort wird mit einer gespeicherten Wertetabelle verglichen, mit dem Ergebnis dieses Prozesses werden die Relais auf den richtigen Wert eingestellt.
Klingt kompliziert – ist es auch, aber das Ergebnis rechtfertigt den Aufwand !





Digital Analog Wandler

Verschiedene Arten und Zwecke von Symmetrien


Da wäre zuerst einmal die symmetrische Leitungsführung.
Diese wird gemacht mit dem Ziel, maximale Störunempfindlichkeit auf einer NF- Signalleitung zu erreichen.
Wer mal bei der Bundeswehr gewesen ist, kennt vielleicht das Feldtelefon und die „Bongos“ mit ihren Kabeltrommeln auf dem Rücken.
Beim Feldtelefon handelt es sich um ein Telefon in rudimentärer Form ohne jedwede Elektronik. Ein Feldtelefon wird mit einem anderen durch eine simple verseilte zweiadrige Leitung verbunden.
Diese kann durchaus einige Kilometer lang sein und die Verständigung klappt trotzdem. Das ist angewandte symmetrische Leitungsführung !
Die einfachste und mit die präziseste Art der Symmetrierung erfolgt übrigens durch Transformatoren – die sind leider teuer und haben Probleme mit hohen Frequenzen !
In einem elektronischen Symmetrierer wird zu einem vorhandenen unsymmetrischen Signal (a) ein invertiertes, um 1800 gedrehtes Signal (-a) gebildet. Die beiden Signale werden über eine zweiadrige verdrillte Leitung geschickt, die nicht einmal abgeschirmt sein muss. Auf dem Weg zum Empfänger können Störeinflüsse (s) auf beide Signale einwirken. Im „Empfänger“ gelangt das Signal auf einen Differenzierer.
Wie der Name schon sagt, subtrahiert er ein Signal von anderen: a - (-a) = 2a. Mit den Störeinflüssen macht er genau dasselbe: s-s = 0.
Im idealisierten Ergebnis erhalte ich im „Empfänger“ doppelte Signalstärke ohne Störeinflüsse. In der Wirklichkeit klappt das natürlich nicht 100 %ig. Je mehr Aufwand getrieben wird, desto besser ist aber das Ergebnis.
Während also eine symmetrische NF-Leitung in erster Linie dazu dient, eine weitgehend störungsfreie Signalübertragung zu gewährleisten, stehen bei einem symmetrischen Verstärker andere Dinge im Vordergrund. Symmetrische Verstärker sind grundsätzlich nichts Neues sondern schon lange
bekannt z. B. im Autoradio, wo diese Technik gern hergenommen wurde (und wird) um bei begrenzter Spannung (12 V) 4-fache Leistung zu erzeugen.
Diese Schaltungstechnik wird gern auch Vollbrückenverstärker,
Push-Pull-Verstärker oder BTL (bridge terminated load) genannt. Gern wird sie im Besonderen in der Röhrentechnik auch mit Transformatoren ausgeführt mit dem weiteren Zweck der Impedanzwandlung.

Beim symmetrischen Kopfhörerverstärker geht es im Kern aber nicht um die Maximierung der Ausgangsamplitude, da gibt Geräte unter anderem im Violectric Programm, die davon mehr als genug haben – auch an hochohmigen Kopfhörern.

Was macht also einen symmetrischen Kopfhörerverstärker erstrebenswert?
Ein „normaler“ Verstärker hat „Masse“ als seinen Bezugspunkt.
Die Amplitude des Nutzsignals schwingt möglichst gleich um diesen Bezugspunkt
(sonst redet man von DC-Offset) und wird nur von der positiven und negativen
Betriebsspannung begrenzt.
Über die Last (die Schwingspulen des Kopfhörers) wird diese Spannung über eine gemeinsame Leitung auf den Masseanschluss der Kopfhörerbuchse ins Gerät zurück geführt und von da aus zum Fusspunkt des Netztrafos geleitet, dem eigentlichen Bezugspunkt oder Massepunkt.
Da die Leitungen vom Kopfhörer und eventuell die im Gerät, ebenso wie die Massefläche im Gerät aber nicht unendlich niederohmig sind, sonder selbst auch einen Widerstand haben und damit eine Last sind über die Spannung abfällt, wird der Bezugspunkt „Masse“, der ja eigentlich ruhen sollte, mit den Resten von Links + Rechts „verseucht“. Das ist ein summiertes Monosignal !
Das kann man messen und hören, nämlich als Übersprechen !!
Es ist leicht vorstellbar, das hier die Schaltung selbst, das Kabel des Kopfhörers, das Schaltungslayout, das Verhältnis zwischen Masse- bzw. Rückleitungswiderstand und der Last-Widerstand (die Schwingspule) eine tragende Rollen spielen. Ein symmetrischer Verstärker (oder Vollbrücken- oder Push-Pull- oder BTL-verstärker) besteht deshalb aus 2 normalen Verstärkern pro Kanal, von denen einer das Normale, der andere das um 180 Grad gedrehte (invertierte) Eingangssignal an die Schwingspulen des Kopfhörer liefert.
Da die Last (die Schwingspule) jetzt zwischen der modulierten positiven und negativen Betriebsspannung hin und her gezogen wird, ist die Masse vollkommen aus dem Spiel. Sie ist nicht mehr belastet und verringert damit auch nicht mehr das Übersprechen. Auch die Leitungen des Kopfhörers gehen nicht mehr - zum Teil gemeinsam, zum Teil getrennt - in die Wirk-Bilanz ein, sondern sind ganz klar zugeordnete ohmsche Lasten (nämlich je zwei Leitungen pro Schwingspule) mit sehr geringen komplexen Impedanzanteilen.
Bei diesem Verfahren ist denn auch der Begriff Push-Pull sehr bildhaft !! Der besondere Vorteil eines symmetrischen (Kopfhörer-) Verstärkers ist also die hohe Kanaltrennung.
Ich möchte betonen, das Störungen in der Kanaltrennung auch bei „Standard“ Verstärkern meist so klein sind, das sich üblicherweise keiner beschwert.
Wer die Übersprechwerte von Schallplatten kennt, der weiss das hier eine
Kanaltrennung von 60 dB illusorisch ist, ein von 20 dB jedoch Stand der Technik!

Menschen, die Cross-Feed verwenden, ruinieren sich das Übersprechen wissentlich !

Das bessere Übersprechen – oder die reinere Kanaltrennung – sind aber der Grund für das Aha-Erlebnis was viele beim symmetrischen Kopfhörer (-Verstärker) empfinden.
Das Aha Erlebnis kann aber auch daher kommen, das eine symmetrische Ausgangsamplitude bei gleichen Einstellungen doppelt so hoch ist wie eine unsymmetrische.
Üblicherweise wird das lautere Signal als das bessere empfunden, beim Vergleichshören sollten also Vorkehrungen getroffen werden, auf faire Verhältnisse zu achten.

Ein weiterer Vorteil des symmetrischen Ausgangs ist, das man jetzt endlich von dem
unseligen Klinkenstecker weg muss/kann.
Wobei die Verwendung von 2 Stück 3-pol XLR, die man oft sieht, ebenfalls Sinnhaftigkeit vermissen lässt !! Auch die Variante mit 2 Stereo-Klinkenstecker gibt es …

Wir bei Lake People / Violectric haben uns für einen 4-poligen (Neutrik) XLR als Ausgangsbuchse entschieden, mit einer Belegung, die seit den Tagen des AKG K1000 gebräuchlich ist. Und zwar abweichend von der Norm das Mädel am Gerät und ohne Latch (Verriegelung).
Unterschiedliche Varianten des symmetrischen Aufbaus:

Rein technisch betrachtet, kann ich an jeder beliebigen Stelle ein asymmetrisches oder symmetrisches Signal erzeugen. Es kommt auf den Einsatz-Zweck an !
Wenn es ist sinnvoll, eine NF-Leitung symmetrisch zu betreiben, werde ich den Ausgang des „sendenden“ Gerätes mit (hoffentlich) geeigneten technischen Mitteln symmetrieren.

Manchmal sieht oder hört man von komplett symmetrisch aufgebauten Geräten.
Das heisst, diese haben einen symmetrischen Eingang, eine komplett symmetrische Leitungsführung im Gerät mit den erforderlichen Zutaten wie 4-fach aufgebaute Filter oder 4-fache Lautstärkeregler.
Neben dem „kleinen“ Nachteil, das solche Geräte per Se nur mit symmetrischen Eingangssignalen zu betreiben sind, ist es m. E. ist nicht sinnvoll, den Inhalt eines kompletten Gerätes symmetrisch aufzubauen da hier der Zweck der Störsicherheit nicht wirklich realisiert werden kann. Für die Störsicherheit wäre eine Symmetrie von wenigstens 40 dB bei 15 kHz wünschenswert. Das entspricht einer Bauteile-Toleranz von 1 %. Die ist bei Widerständen noch gegeben, bei Kondensatoren wird es schon schwierig, bei Potis unmöglich !!
Hier erfolgt also von einigen Herstellern der Versuch, einen nicht zielführenden exorbitanten Bauteileaufwand eine in der Praxis nicht vorhandene Sinnhaftigkeit zu geben.





Kopfhörerverstärker

Warum es sinnvoll ist bei einem Kopfhörerverstärker einen so hohen Aufwand zu betreiben


Ein Kopfhörerverstärker ist ein Gerät zum Konditionieren eines Audiosignals mit dem Zweck, es auf die speziellen Besonderheiten eines Kopfhörers anzupassen.
Das klingt in ersten Augenblick nicht sonderlich sensationell und kann auch mit wenig Aufwand erledigt werden. Es zeigt sich aber (wie bei fast allen Dingen) das der Teufel im Detail steckt und ein gewisser Aufwand nötig ist, um möglichst einen Verstärker für alle Kopfhörer zu haben.
Der Kopfhörer per Se ist sehr variabel. Hier gibt es 2 Kenngrössen:
Impedanz und Empfindlichkeit.
Generell kann man sagen, das Kopfhörer mit hoher Impedanz unempfindlicher sind als Kopfhörer mit niedriger Impedanz, die sind im Allgemeinen empfindlicher. Das stimmt zwar nicht immer – aber meistens. Die Empfindlichkeit von Kopfhörern wird meist in dB (Schalldruck) pro mW angegeben.
Die Extreme sind hier der AKG K1000 mit 74dB/mW einerseits und der Sennheiser HD 25 mit 108 dB/mW andererseits.
Es braucht somit über 2500 mal mehr Leistung um den K1000 auf gleichen Schalldruck wie den HD 25 zu bringen.
Erschwerend kommt hinzu, das Kopfhörer mit hoher Impedanz meist auch viel Spannung brauchen um wirklich laut zu sein – man braucht also Verstärker die mit hoher Betriebsspannung arbeiten.




Warum PRE-GAIN sinnvoll ist


Dazu zwei extreme Beispiele, die fixe Grösse dabei ist ein Violectric KHV mit einer Verstärkung
von 8 dB (2,5 Fach) bei voll aufgedrehtem Poti.
1. Beispiel:
Der (Vor-) Verstärker liefert eine Spannung von 4 Volt, der Kopfhörer braucht aber nur 2 Volt um 100 dB Schalldruck zu erzeugen.
Bei aufgedrehtem Poti würde der KHV bei 8 dB Verstärkung 10 Volt Spannung liefern, man dürfte also den Lautstärkeregler nur vorsichtig bedienen um keinen Hörschaden davon zu tragen. Weiter sollten laute Störgeräusche am Eingang des V200 vermieden werden, weil er die gnadenlos verstärken kann. Durch PRE-GAIN kann man den Eingangspegel um 12 dB (1/4) vermindern, aus 4 Volt Eingangspegel wird 1 Volt. Dieses Volt verstärkt der V200 wieder 2,5-fach, es werden also 2,5 Volt daraus und man kann jetzt das Lautstärkepoti fast voll aufdrehen.
2. Beispiel:
Der (Vor-) Verstärker liefert eine Spannung von 1 Volt, der Kopfhörer braucht aber 20 Volt um 100 dB Schalldruck zu erzeugen.
Bei aufgedrehtem Poti würde der KHV bei 8 dB Verstärkung 2,5 Volt Spannung liefern – viel zuwenig für den Kopfhörer. Durch PRE-GAIN kann man den Eingangspegel um 12 dB (4-fach) erhöhen, aus 1 Volt Eingangspegel werden 4 Volt. Diese verstärkt der G100 wieder 2,5-fach, es werden also 10 Volt daraus. Das ist zwar immer noch nicht genug aber deutlich näher dran, der Kopfhörer bringt jetzt 94 dB Schalldruck.




Warum ein aktiver Durchschliff sinnvoll ist


Jedes elektronische Gerät hat einen Eingangwiderstand und eine Eingangskapazität. Wenn mehrere Geräte passiv aneinander gekopppelt würden (z. b. über Y-Adapter), könnten über die sich mischenden Eingangsparameter der einzelnen Geräte Störungen und Instabilitäten auftreten. Ein Pufferverstärker macht ein Signal zur Weiterverwendung elektronisch verträglich indem er es “auffrischt“ und niederohmig wieder zur Verfügung stellt.




Warum eine hohe Betriebsspannung wichtig ist


Ein Kopfhörer braucht zwar nicht viel Leistung, aus P = U2 / R ergibt sich jedoch, das bei gegebenem (Last-) Widerstand die Spannung quadratisch in die Leistung eingeht.
Je hochohmiger ein Kopfhörer ist, desto mehr Spannung braucht er also.
Dies hat nur bedingt mit der absolut erzielbaren Lautstärke zu tun:
Musik lebt von schnellen Transienten, die hohe Anforderungen an die Übertragungstechnik stellen.
Und so kann ein schneller Impuls einen gewöhnlichen +/- 15 Volt Verstärker leicht an sein Limit bringen.
Durch die hohe Betriebsspannung der Violectric KHVs gewinnen Sie deutlich mehr Aussteuerungsfähigkeit.




Warum ein niedriger Innenwiderstand = hoher Dämpfungsfaktor wichtig ist


Jedes elektrodynamische System erzeugt nach einer Wirkung eine Rückwirkung. Wenn die Schwingspule eines Kopfhörers durch den Verstärker ausgelenkt wird, entsteht ein (Fehl)-Strom, wenn sie wieder in ihre Ausgangslage zurück fällt. Dieser Strom muss so gut wie möglich unterdrückt werden und das gelingt am Besten wenn die Ausgangsimpedanz des Verstärkers so niedrig wie möglich ist. Dann ist nämlich seine Stromaufnahmefähigkeit so hoch wie möglich. Der Dämpfungsfaktor beschreibt nichts anderes als das Verhältnis des Ausgangswiderstandes eines Verstärkers zu einer gegebenen Last. Da technische Vorschriften fehlen, definieret Violectric die Last (Impedanz der Schwingspule) mit 50 Ohm. Daraus ergibt sich die Ausgangsimpedanz des V200 zu < 0,06 Ohm.




Warum Verstärker mit symmetrischen Ausgängen Vorteile haben


Beim üblichen (unsymmetrischen) Anschluss von Kopfhörern mit Klinkensteckern wird die Restenergie über das GEMEINSAME Massekabel auf die Gerätemasse zurück geleitet, die selbst auch einen Widerstand hat. Hierdurch wird die Masse, die eigentlich ruhen sollte weil sie der Bezugspunkt ist, mit den Resten von L+R „verseucht“.
Dieses Übersprechen zwischen den Kanäle ist Mess- und Hörbar !
Im symmetrischen Betrieb wird jede Schwingspule des Kopfhörers durch zwei Verstärker angetrieben, die um 1800 versetzt im „Push-Pull“ Betrieb arbeiten. Während der eine „drückt“, „zieht“ der andere. Dadurch wird nicht nur eine doppelt so hohe Ausgangsspannung und damit eine wesentlich höhere Lautstärke realisiert, auch ist die Masse jetzt frei von jeglichen Störeinflüssen.





Symmetrische Signale - symmetrische Kopfhörerverstäker

Verschiedene Arten und Zwecke von Symmetrien


Da wäre zuerst einmal die symmetrische Leitungsführung.
Diese wird gemacht mit dem Ziel, maximale Störunempfindlichkeit auf einer NF- Signalleitung zu erreichen.
Wer mal bei der Bundeswehr gewesen ist, kennt vielleicht das Feldtelefon und die „Bongos“ mit ihren Kabeltrommeln auf dem Rücken.
Beim Feldtelefon handelt es sich um ein Telefon in rudimentärer Form ohne jedwede Elektronik. Ein Feldtelefon wird mit einem anderen durch eine simple verseilte zweiadrige Leitung verbunden.
Diese kann durchaus einige Kilometer lang sein und die Verständigung klappt trotzdem. Das ist angewandte symmetrische Leitungsführung !
Die einfachste und mit die präziseste Art der Symmetrierung erfolgt übrigens durch Transformatoren – die sind leider teuer und haben Probleme mit hohen Frequenzen !
In einem elektronischen Symmetrierer wird zu einem vorhandenen unsymmetrischen Signal (a) ein invertiertes, um 1800 gedrehtes Signal (-a) gebildet. Die beiden Signale werden über eine zweiadrige verdrillte Leitung geschickt, die nicht einmal abgeschirmt sein muss. Auf dem Weg zum Empfänger können Störeinflüsse (s) auf beide Signale einwirken. Im „Empfänger“ gelangt das Signal auf einen Differenzierer.
Wie der Name schon sagt, subtrahiert er ein Signal von anderen: a - (-a) = 2a. Mit den Störeinflüssen macht er genau dasselbe: s-s = 0.
Im idealisierten Ergebnis erhalte ich im „Empfänger“ doppelte Signalstärke ohne Störeinflüsse. In der Wirklichkeit klappt das natürlich nicht 100 %ig. Je mehr Aufwand getrieben wird, desto besser ist aber das Ergebnis.
Während also eine symmetrische NF-Leitung in erster Linie dazu dient, eine weitgehend störungsfreie Signalübertragung zu gewährleisten, stehen bei einem symmetrischen Verstärker andere Dinge im Vordergrund. Symmetrische Verstärker sind grundsätzlich nichts Neues sondern schon lange
bekannt z. B. im Autoradio, wo diese Technik gern hergenommen wurde (und wird) um bei begrenzter Spannung (12 V) 4-fache Leistung zu erzeugen.
Diese Schaltungstechnik wird gern auch Vollbrückenverstärker,
Push-Pull-Verstärker oder BTL (bridge terminated load) genannt. Gern wird sie im Besonderen in der Röhrentechnik auch mit Transformatoren ausgeführt mit dem weiteren Zweck der Impedanzwandlung.

Beim symmetrischen Kopfhörerverstärker geht es im Kern aber nicht um die Maximierung der Ausgangsamplitude, da gibt Geräte unter anderem im Violectric Programm, die davon mehr als genug haben – auch an hochohmigen Kopfhörern.

Was macht also einen symmetrischen Kopfhörerverstärker erstrebenswert?
Ein „normaler“ Verstärker hat „Masse“ als seinen Bezugspunkt.
Die Amplitude des Nutzsignals schwingt möglichst gleich um diesen Bezugspunkt
(sonst redet man von DC-Offset) und wird nur von der positiven und negativen
Betriebsspannung begrenzt.
Über die Last (die Schwingspulen des Kopfhörers) wird diese Spannung über eine gemeinsame Leitung auf den Masseanschluss der Kopfhörerbuchse ins Gerät zurück geführt und von da aus zum Fusspunkt des Netztrafos geleitet, dem eigentlichen Bezugspunkt oder Massepunkt.
Da die Leitungen vom Kopfhörer und eventuell die im Gerät, ebenso wie die Massefläche im Gerät aber nicht unendlich niederohmig sind, sonder selbst auch einen Widerstand haben und damit eine Last sind über die Spannung abfällt, wird der Bezugspunkt „Masse“, der ja eigentlich ruhen sollte, mit den Resten von Links + Rechts „verseucht“. Das ist ein summiertes Monosignal !
Das kann man messen und hören, nämlich als Übersprechen !!
Es ist leicht vorstellbar, das hier die Schaltung selbst, das Kabel des Kopfhörers, das Schaltungslayout, das Verhältnis zwischen Masse- bzw. Rückleitungswiderstand und der Last-Widerstand (die Schwingspule) eine tragende Rollen spielen. Ein symmetrischer Verstärker (oder Vollbrücken- oder Push-Pull- oder BTL-verstärker) besteht deshalb aus 2 normalen Verstärkern pro Kanal, von denen einer das Normale, der andere das um 180 Grad gedrehte (invertierte) Eingangssignal an die Schwingspulen des Kopfhörer liefert.
Da die Last (die Schwingspule) jetzt zwischen der modulierten positiven und negativen Betriebsspannung hin und her gezogen wird, ist die Masse vollkommen aus dem Spiel. Sie ist nicht mehr belastet und verringert damit auch nicht mehr das Übersprechen. Auch die Leitungen des Kopfhörers gehen nicht mehr - zum Teil gemeinsam, zum Teil getrennt - in die Wirk-Bilanz ein, sondern sind ganz klar zugeordnete ohmsche Lasten (nämlich je zwei Leitungen pro Schwingspule) mit sehr geringen komplexen Impedanzanteilen.
Bei diesem Verfahren ist denn auch der Begriff Push-Pull sehr bildhaft !! Der besondere Vorteil eines symmetrischen (Kopfhörer-) Verstärkers ist also die hohe Kanaltrennung.
Ich möchte betonen, das Störungen in der Kanaltrennung auch bei „Standard“ Verstärkern meist so klein sind, das sich üblicherweise keiner beschwert.
Wer die Übersprechwerte von Schallplatten kennt, der weiss das hier eine
Kanaltrennung von 60 dB illusorisch ist, ein von 20 dB jedoch Stand der Technik!

Menschen, die Cross-Feed verwenden, ruinieren sich das Übersprechen wissentlich !

Das bessere Übersprechen – oder die reinere Kanaltrennung – sind aber der Grund für das Aha-Erlebnis was viele beim symmetrischen Kopfhörer (-Verstärker) empfinden.
Das Aha Erlebnis kann aber auch daher kommen, das eine symmetrische Ausgangsamplitude bei gleichen Einstellungen doppelt so hoch ist wie eine unsymmetrische.
Üblicherweise wird das lautere Signal als das bessere empfunden, beim Vergleichshören sollten also Vorkehrungen getroffen werden, auf faire Verhältnisse zu achten.

Ein weiterer Vorteil des symmetrischen Ausgangs ist, das man jetzt endlich von dem
unseligen Klinkenstecker weg muss/kann.
Wobei die Verwendung von 2 Stück 3-pol XLR, die man oft sieht, ebenfalls Sinnhaftigkeit vermissen lässt !! Auch die Variante mit 2 Stereo-Klinkenstecker gibt es …

Wir bei Lake People / Violectric haben uns für einen 4-poligen (Neutrik) XLR als Ausgangsbuchse entschieden, mit einer Belegung, die seit den Tagen des AKG K1000 gebräuchlich ist. Und zwar abweichend von der Norm das Mädel am Gerät und ohne Latch (Verriegelung).
Unterschiedliche Varianten des symmetrischen Aufbaus:

Rein technisch betrachtet, kann ich an jeder beliebigen Stelle ein asymmetrisches oder symmetrisches Signal erzeugen. Es kommt auf den Einsatz-Zweck an !
Wenn es ist sinnvoll, eine NF-Leitung symmetrisch zu betreiben, werde ich den Ausgang des „sendenden“ Gerätes mit (hoffentlich) geeigneten technischen Mitteln symmetrieren.

Manchmal sieht oder hört man von komplett symmetrisch aufgebauten Geräten.
Das heisst, diese haben einen symmetrischen Eingang, eine komplett symmetrische Leitungsführung im Gerät mit den erforderlichen Zutaten wie 4-fach aufgebaute Filter oder 4-fache Lautstärkeregler.
Neben dem „kleinen“ Nachteil, das solche Geräte per Se nur mit symmetrischen Eingangssignalen zu betreiben sind, ist es m. E. ist nicht sinnvoll, den Inhalt eines kompletten Gerätes symmetrisch aufzubauen da hier der Zweck der Störsicherheit nicht wirklich realisiert werden kann. Für die Störsicherheit wäre eine Symmetrie von wenigstens 40 dB bei 15 kHz wünschenswert. Das entspricht einer Bauteile-Toleranz von 1 %. Die ist bei Widerständen noch gegeben, bei Kondensatoren wird es schon schwierig, bei Potis unmöglich !!
Hier erfolgt also von einigen Herstellern der Versuch, einen nicht zielführenden exorbitanten Bauteileaufwand eine in der Praxis nicht vorhandene Sinnhaftigkeit zu geben.





Phono Vorverstärker

Warum es sinnvoll ist bei einem Kopfhörerverstärker einen so hohen Aufwand zu betreiben


Ein Kopfhörerverstärker ist ein Gerät zum Konditionieren eines Audiosignals mit dem Zweck, es auf die speziellen Besonderheiten eines Kopfhörers anzupassen.
Das klingt in ersten Augenblick nicht sonderlich sensationell und kann auch mit wenig Aufwand erledigt werden. Es zeigt sich aber (wie bei fast allen Dingen) das der Teufel im Detail steckt und ein gewisser Aufwand nötig ist, um möglichst einen Verstärker für alle Kopfhörer zu haben.
Der Kopfhörer per Se ist sehr variabel. Hier gibt es 2 Kenngrössen:
Impedanz und Empfindlichkeit.
Generell kann man sagen, das Kopfhörer mit hoher Impedanz unempfindlicher sind als Kopfhörer mit niedriger Impedanz, die sind im Allgemeinen empfindlicher. Das stimmt zwar nicht immer – aber meistens. Die Empfindlichkeit von Kopfhörern wird meist in dB (Schalldruck) pro mW angegeben.
Die Extreme sind hier der AKG K1000 mit 74dB/mW einerseits und der Sennheiser HD 25 mit 108 dB/mW andererseits.
Es braucht somit über 2500 mal mehr Leistung um den K1000 auf gleichen Schalldruck wie den HD 25 zu bringen.
Erschwerend kommt hinzu, das Kopfhörer mit hoher Impedanz meist auch viel Spannung brauchen um wirklich laut zu sein – man braucht also Verstärker die mit hoher Betriebsspannung arbeiten.




Warum PRE-GAIN sinnvoll ist


Dazu zwei extreme Beispiele, die fixe Grösse dabei ist ein Violectric KHV mit einer Verstärkung
von 8 dB (2,5 Fach) bei voll aufgedrehtem Poti.
1. Beispiel:
Der (Vor-) Verstärker liefert eine Spannung von 4 Volt, der Kopfhörer braucht aber nur 2 Volt um 100 dB Schalldruck zu erzeugen.
Bei aufgedrehtem Poti würde der KHV bei 8 dB Verstärkung 10 Volt Spannung liefern, man dürfte also den Lautstärkeregler nur vorsichtig bedienen um keinen Hörschaden davon zu tragen. Weiter sollten laute Störgeräusche am Eingang des V200 vermieden werden, weil er die gnadenlos verstärken kann. Durch PRE-GAIN kann man den Eingangspegel um 12 dB (1/4) vermindern, aus 4 Volt Eingangspegel wird 1 Volt. Dieses Volt verstärkt der V200 wieder 2,5-fach, es werden also 2,5 Volt daraus und man kann jetzt das Lautstärkepoti fast voll aufdrehen.
2. Beispiel:
Der (Vor-) Verstärker liefert eine Spannung von 1 Volt, der Kopfhörer braucht aber 20 Volt um 100 dB Schalldruck zu erzeugen.
Bei aufgedrehtem Poti würde der KHV bei 8 dB Verstärkung 2,5 Volt Spannung liefern – viel zuwenig für den Kopfhörer. Durch PRE-GAIN kann man den Eingangspegel um 12 dB (4-fach) erhöhen, aus 1 Volt Eingangspegel werden 4 Volt. Diese verstärkt der G100 wieder 2,5-fach, es werden also 10 Volt daraus. Das ist zwar immer noch nicht genug aber deutlich näher dran, der Kopfhörer bringt jetzt 94 dB Schalldruck.




Warum ein aktiver Durchschliff sinnvoll ist


Jedes elektronische Gerät hat einen Eingangwiderstand und eine Eingangskapazität. Wenn mehrere Geräte passiv aneinander gekopppelt würden (z. b. über Y-Adapter), könnten über die sich mischenden Eingangsparameter der einzelnen Geräte Störungen und Instabilitäten auftreten. Ein Pufferverstärker macht ein Signal zur Weiterverwendung elektronisch verträglich indem er es “auffrischt“ und niederohmig wieder zur Verfügung stellt.




Warum eine hohe Betriebsspannung wichtig ist


Ein Kopfhörer braucht zwar nicht viel Leistung, aus P = U2 / R ergibt sich jedoch, das bei gegebenem (Last-) Widerstand die Spannung quadratisch in die Leistung eingeht.
Je hochohmiger ein Kopfhörer ist, desto mehr Spannung braucht er also.
Dies hat nur bedingt mit der absolut erzielbaren Lautstärke zu tun:
Musik lebt von schnellen Transienten, die hohe Anforderungen an die Übertragungstechnik stellen.
Und so kann ein schneller Impuls einen gewöhnlichen +/- 15 Volt Verstärker leicht an sein Limit bringen.
Durch die hohe Betriebsspannung der Violectric KHVs gewinnen Sie deutlich mehr Aussteuerungsfähigkeit.




Warum ein niedriger Innenwiderstand = hoher Dämpfungsfaktor wichtig ist


Jedes elektrodynamische System erzeugt nach einer Wirkung eine Rückwirkung. Wenn die Schwingspule eines Kopfhörers durch den Verstärker ausgelenkt wird, entsteht ein (Fehl)-Strom, wenn sie wieder in ihre Ausgangslage zurück fällt. Dieser Strom muss so gut wie möglich unterdrückt werden und das gelingt am Besten wenn die Ausgangsimpedanz des Verstärkers so niedrig wie möglich ist. Dann ist nämlich seine Stromaufnahmefähigkeit so hoch wie möglich. Der Dämpfungsfaktor beschreibt nichts anderes als das Verhältnis des Ausgangswiderstandes eines Verstärkers zu einer gegebenen Last. Da technische Vorschriften fehlen, definieret Violectric die Last (Impedanz der Schwingspule) mit 50 Ohm. Daraus ergibt sich die Ausgangsimpedanz des V200 zu < 0,06 Ohm.




Warum Verstärker mit symmetrischen Ausgängen Vorteile haben


Beim üblichen (unsymmetrischen) Anschluss von Kopfhörern mit Klinkensteckern wird die Restenergie über das GEMEINSAME Massekabel auf die Gerätemasse zurück geleitet, die selbst auch einen Widerstand hat. Hierdurch wird die Masse, die eigentlich ruhen sollte weil sie der Bezugspunkt ist, mit den Resten von L+R „verseucht“.
Dieses Übersprechen zwischen den Kanäle ist Mess- und Hörbar !
Im symmetrischen Betrieb wird jede Schwingspule des Kopfhörers durch zwei Verstärker angetrieben, die um 1800 versetzt im „Push-Pull“ Betrieb arbeiten. Während der eine „drückt“, „zieht“ der andere. Dadurch wird nicht nur eine doppelt so hohe Ausgangsspannung und damit eine wesentlich höhere Lautstärke realisiert, auch ist die Masse jetzt frei von jeglichen Störeinflüssen.





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