300B, 2A3 Endstufe

[Knuffi]

Moin Jan,

ein Lautsprecher mit stark schwankendem Impedanzverlauf wird einem Verstärker mit geringem Dämpfungsfaktor einen nichtlinearen Frequenzgang aufprägen. Die Impedanzkurve wird sich dann quasi in der Frequenzgangkurve wiederspiegeln.

bei Röhrenverstärkern ist es weniger der geringe Dämpfungsfaktor sondern die Arbeitsweise einer Röhre. Bei ihr ist die Verstärkung vom Anodenwiderstand abhängig. Schwankt dieser, schwankt die Verstärkung (bis zur Übersteuerung im Bassimpedanzmaximum bei kleinen Eingangssignalen).

Dass man durch Impedanzentzerrung den Frequenzgang der Wiedergabekurve mitentzerrt, ist die eine Sache- es bleibt aber die Tatsache, dass direktstrahlende Lautsprecher/Boxen mit weicher Aufhängung, niedrigem Strahlungswiderstand und (relativ) schweren Membranen an Röhrenverstärkern lustlos klingen und die erhoffte "Röhrenmagie" vermissen lassen werden. Auch beim Einsatz von frontgeladenen Hörnern bemerkt man ja bald, ob sich im Inneren beispielsweise ein 38er mit 60g bewegter Masse und mittelstarkem oder einer mit starkem Antrieb und 80g oder mehr bewegter Masse verbaut ist: Der mit der leichteren Membran wird trotz eines minimal geringeren Wirkungsgrades (am gleichen Röhrenverstärker) das freier schwingende Klangbild bieten.

Warum? Eine größere Masse braucht einmal mehr Energie zur Beschleunigung, muss dann aber auch wieder abgebremst werden, wenn der (Musik-)Impuls abgeschaltet wurde. Hier aber kommt der Dämpfungsfaktor ins Spiel: Er bestimmt maßgeblich, ob dieser vom Lautsprecher beim Zurückschwingen der Membran elektrisch induzierte Gegenimpuls vom Verstärker wieder "aufgeschlürft" und vernichtet wird, oder der Lautsprecher weiter schwingen darf, was einer knackigen Wiedergabe logischerweise nicht gut tut.

Übrigens- Gummisicken wirken wie ein Trampolin, das Energie speichert und dann wieder als Biegewellen zurückgibt. Das ist der Grund, dass von männlichen Sprechern gesprochene Nachrichten so oft unerträglich viel Brustvolumen beinhalten, so dass man eine wülstig-brummige Sprachwiedergabe hat. Das kann der Fernseher meist besser- aber sein Breitbandlautsprecher ist ja auch anders aufgehängt, meist durch geprägtes Papier oder eine eingestrichene Gewebesicke.

Was tun? Man braucht ja einen gewissen Hub, um die im Bass notwendige Luftbewegung-Schalldrucktransformation zu bekommen. Und da isses wie beim Verbrennungsmotor: Was man an Hub spart, muss man an Bohrung zulegen. Und Bohrung heißt hier: Membrandurchmesser bzw. Membranfläche.

das sind zwar einleuchtende Erklärungen, leider vermisse ich auch hier nachvollziehbare Zahlen und Daten (und Fakten).
Eine Simulation von Ein- und Ausschwingverhalten eines "schlechten" Lautsprechers an einem Röhrenverstärker (zur Simualtion ein Widerstand mit einfügen, z.B. 2Ohm) würde auch viele nachvollziehbare Daten liefern.

Mit einer Erhöhung des Widerstandes ("hoher Dämpfungsfaktor") ändert sich die elektrische Güte Qes, die elektrische Güte Qes mit der mechanischen Güte Qms ergibt zuammen die Güte Qts des Lautsprecherchassis.
Eine Anpassung des Gehäusevolumen bzw. der Bassreflexöffnung (evtl. auch der Frequenzweiche) kann die Änderung von Qts komplett ausgleichen.


Gruß,
Frank

[Arkadi]

dass die Impedanz dann bei 3,1Ohm liegen wird,
das ist wichtig bei der Dimensionierung des Ausgangsübertragers

.

Und genau das, was ganz, ganz wichtig für einen Röhrenverstärker ist, wird von den meisten Röhrenverstärkerbauern aus welchen Gründen auch immer missachtet.

[Valvox]

Ja, Frank,

da sind wir beim Punkt: Simulieren.

Das tut man mit einem Simulationsprogramm (das es hierfür m.W. noch nicht gibt), oder besser man misst.

Messen setzt allerdings Messequipment voraus. Dieses verfügt üblicherweise über einen hochlinearen (Mess-)Verstärker. Wäre er nicht hochlinear (die Klangeigenschaften sind nicht das Kriterium), würde er keine aussagekräftigen Ergebnisse liefern. Und seine Linearität muss so stabil sein, dass er auch an so einer komplexen Last wie einem Lautsprecher sichere Ergebnisse liefert. Die Messsoftware integriert die Eigenschaften des verwendeten Verstärkers und korrigiert diese, wenn notwendig. In jedem Fall müssen die Eigenschaften des Messverstärkers bekannt sein.

Jetzt kann man natürlich auch eine andere Endstufe, bei deinem Vorschlag müsste es dann die verwendete Röhrenendstufe sein, als "Messverstärker" verwenden. Dessen Eigenschaften sind aber nicht bekannt. Da müsste man also etwas wissen und in die Messoftware integrieren, was man erst noch messen möchte.

Abgesehen von den Messoftwaren (welch Wort!), die solche Schnittstellen nicht aufweisen, wären dazu Rechenalgorithmen gefragt, die im Bereich von Fouriertransformationen liegen.
Kein Hersteller wird mal schnell auf diese Anforderungen eingehen können und wollen.

Erst recht werden sich wohl kaum Simulationsprogramme finden, die hier nutzbringend eingesetzt werden könnten.

Und so lange muss man halt versuchen, schätzen und auch mal Irrwege gehen- die gute alte Empirie halt.

Wenn da nach Jahren solcher Arbeit ein gutes Ergebnis/Produkt entsteht, für dessen Qualität es gute und nachvollziehbare Gründe gibt, kann man natürlich kommen und sagen "...so lange du das nicht mit Beweisen belegst, kann das nicht gut sein."

So kam zu mir neulich wieder ein E-Ingenieur, der mir erklärte, dass es anhand von elektrischen Eigenschaften keinen hörbaren Unterschied zwischen 0,75er Kupferlitze und "diesen speziellen Audiokabeln gäbe. Unterschiede seien Täuschungen.

Nach einem ausgiebigen Hörtest war er sich dann nicht mehr so sicher...


Jan

[Valvox]

Man könnte natürlich den Kunden von Boxenherstellern wie Canton, T&A etc. den Vorschlag machen, variable Bassreflexöffnungen zu integrieren, die es dem User (nach dem Studium einer Tabelle oder dem Einsatz eines {mitgelieferten} Messtools) ermöglicht, den Resonator auf den jeweiligen Innenwiderstand des Verstärkers einzustellen. Leider werden die auf so was wohl nicht eingehen.

Auch Impedanzentzerrungen haben (leider) ihre Tücken. Habe mehrere sauber impedanzentzerrte Lautprecher an Röhrenendstufen gehört (waren ausnahmslos Gegentakter), die dann zwar linearer, aber auch lebloser spielten. So musste ich ein mal die Weichenschaltung des Mitteltonbereichs komplett ändern, bis sich guter Klang einstellte- andere Filtertyp, Probieren mit versch. Steilheiten, viel Arbeit.
Nein, eine bloße Impedanzkorrektur, oft das Mittel der Messgläubigen, ist nicht immer und unbedingt zielführend.

Am Anfang meiner Röhrenzeit wunderte ich mich, warum Röhrenhörer so oft zu Breitbandlautsprechern greifen- jetzt weiß ich es: Weil man damit die o.g. Probleme umgeht.


Jan

[Knuffi]

Moin Jan,

Das tut man mit einem Simulationsprogramm (das es hierfür m.W. noch nicht gibt),

Ich habe jahrelang mit AudioCad ENC gearbeitet, das kann das.
Dann gibt es noch AJhorn, habe zwar noch nicht mit gearbeitet, soll aber zur Zeit das beste Simulationsprogramm für Lautsprecher sein, bei dem die simulierten Daten recht genau mich der Praxis übereinstimmen.
AJhorn wird meines Wissens auch von HobbyHiFi und Klang & Ton genutzt.

oder besser man misst.

Messen setzt allerdings Messequipment voraus. Dieses verfügt üblicherweise über einen hochlinearen (Mess-)Verstärker. Wäre er nicht hochlinear (die Klangeigenschaften sind nicht das Kriterium), würde er keine aussagekräftigen Ergebnisse liefern. Und seine Linearität muss so stabil sein, dass er auch an so einer komplexen Last wie einem Lautsprecher sichere Ergebnisse liefert. Die Messsoftware integriert die Eigenschaften des verwendeten Verstärkers und korrigiert diese, wenn notwendig. In jedem Fall müssen die Eigenschaften des Messverstärkers bekannt sein.

Dafür gibt es z.B. die Messkarte DAAS32 (16Bit-ISA-Bus) oder DAAS4USB. Die könne nicht nur Lautsprecher sondern auch nette Daten von Verstärkern messen.
Ich nutze die DAAS32 für Messungen an meinen Verstärkern. Dabei messe ich den Frequenzgang und das Klirrspekrtum. Mit Klirrspektrum meine ich, dass ich nicht nur bei 1kHz den Klirr erfasse sondern von 20Hz bis 12kHz (bei 12kHz liegt die erste Harmonische [k2] bei 24kHz].
Aus den gemessenen Daten kann ich viele Rückschlüsse auf die Arbeitsweise des Verstärkers ziehen.
Mit der Freeware ARTA habe ich mich noch nicht so ausgiebig befasst, ein genauerer Blick sollte sich aber lohnen.

Jetzt kann man natürlich auch eine andere Endstufe, bei deinem Vorschlag müsste es dann die verwendete Röhrenendstufe sein, als "Messverstärker" verwenden. Dessen Eigenschaften sind aber nicht bekannt. Da müsste man also etwas wissen und in die Messoftware integrieren, was man erst noch messen möchte.

Meine Messkarte z.B. erfasst nicht nur das Signal vom Lautsprecher sondern misst auch den Ausgang vom "Messverstärker".
Unlinearitäten usw. werden rausgerechnet.

Abgesehen von den Messoftwaren (welch Wort!), die solche Schnittstellen nicht aufweisen, wären dazu Rechenalgorithmen gefragt, die im Bereich von Fouriertransformationen liegen.
Kein Hersteller wird mal schnell auf diese Anforderungen eingehen können und wollen.

Wie oben schon aufgeführt, solche Messkarten bzw. USB-Messadapter gibt es.

Erst recht werden sich wohl kaum Simulationsprogramme finden, die hier nutzbringend eingesetzt werden könnten.

AudioCad ENC fügt bei der Simulation eines Gehäuses automatisch z.B. 0,8Ohm (kann man ändern) für Leitungs- und Frequenzweichenwiderstände ein. Simuliere einfach mal ein Bassreflexgehäuse, schau Dir dann die Impulsantwort an und ändere mal den Einfügewiderstand auf 0Ohm oder auf 2Ohm.
In gewissen Grenzen läßt sich der Widerstand durch Anpassungen am Gehäuse korrigieren (Impulsantwort).


Gruß,
Frank

P.S.: Ich stimme mit euch überein, dass man mit Messdaten nicht alles erfassen kann. Aus der Höchstgeschwindigkeit und Leistung (PS) eines Autos kann ich nicht voraussagen, in welcher Zeit der Wagen z.B. den Nürburgring umrundet.
Ich kann aber sicher behaupten, dass ein Auto mit Straßenzulassung und mit 40PS keine 200km/h fährt.
Ich bin z.B. nicht so ein Freund einer über-alles-Gegenkopplung. Damit kann man relativ leicht einen Verstärker auf Linearität und niedrigen Klirr bekommen.
Ich stimme meine Verstärker so ab, dass sie ähnlich gute Werte ohne Gegenkopplung erreichen.
Und wie misst man "Auflösung" und "Räumlichkeit"?

[Knuffi]

Hallo Jan,

auf ein Zweites

Man könnte natürlich den Kunden von Boxenherstellern wie Canton, T&A etc. den Vorschlag machen, variable Bassreflexöffnungen zu integrieren, die es dem User (nach dem Studium einer Tabelle oder dem Einsatz eines {mitgelieferten} Messtools) ermöglicht, den Resonator auf den jeweiligen Innenwiderstand des Verstärkers einzustellen.

Wer würde den Aufwand betreiben. Dazu muss man sich auf die Messsoftwäre einarbeiten. Das ist nicht in ein paar Tagen oder Wochen getan. Es gehört einiges an Erfahrung dazu, die Daten richtig zu interpretieren.

Auch Impedanzentzerrungen haben (leider) ihre Tücken. Habe mehrere sauber impedanzentzerrte Lautprecher an Röhrenendstufen gehört (waren ausnahmslos Gegentakter), die dann zwar linearer, aber auch lebloser spielten. So musste ich ein mal die Weichenschaltung des Mitteltonbereichs komplett ändern, bis sich guter Klang einstellte- andere Filtertyp, Probieren mit versch. Steilheiten, viel Arbeit.
Nein, eine bloße Impedanzkorrektur, oft das Mittel der Messgläubigen, ist nicht immer und unbedingt zielführend.

Ich will ja auch nicht behaupten, dass eine Impedanzkorrektur das Allheilmittel ist.
Wenn aber z.B. ein Pentodenverstärker ohne oder mit geringer Gegenkopplung an einer Box mit hohen Impedanzpeak (z.B. 8Ohm-Box hat einen Impedanzpeak mit 80Ohm, als das zehnfache [praxisnaher Wert]) betrieben wird, reicht bei dem Impedanzpeak ein Zehntel der Eingangsspannung, um den Verstärker voll auszusteuern (oder zu übersteuern).
Liegt der Impedanzpeak in einem engen Frequenzbereich (z.B. 60 - 65Hz), so kann es dort recht schnell zu Übersteuerungen kommen. Das macht sich zwar nicht direkt bemerkbar (die 2. Harmonische liegt bei 120Hz, da ist das Ohr auf Verzerrungen relativ unempfindlich), beeinflusst aber recht stark die oberen Frequenzen.

Jetzt ist das große Problem bei Röhrenverstärkern einen linearen Frequenzgang in Verbindung mit Lautsprechern (nichtlineare Last bzw. Impedanz) hinzubekommen.
Entweder setzt man niederohmige Röhren ein (im Regelfall Trioden, Ausnahme ist z.B. die Sendetriode 833A. Von der Konstruktion eine Triode, aber ähnlich hochohmig wie eine Pentode), man nutzt eine Gegenkopplung oder linearisiert die Impedanz des Lautsprechers.

Eine "krumme" Impedanz verursacht bei einen Röhrenverstärker (mehr oder weniger) einen "krummen" Frequenzverlauf.
Und ein stark schwankender Frequenzgang ist ein stark schwankender Frequenzgang, ich rede hier von teilweise über 10dB. Und das kommt nur durch eine Fehlanpassung.
Um bei dem hier behandelten Urproblem zu bleiben, die Box hat ein Impedanzminimum von 3,1 Ohm. Mit einer Impedanzlinearisierung würde die Box im kompletten Frequenzbereich bei 3,1 Ohm liegen. Schließe ich diese Box jetzt an den 4Ohm-Ausgang eines Röhrenverstärkers an, so liegt eine Fehlanpassung von über 20% vor.
Und dann zaubert es mir immer ein Lächeln auf's Gesicht, wenn ich mitbekomme, dass Röhren auf 2% oder weniger gematched werden.

Man muss zuerst erfassen wo das Problem liegt und dann durch was es verursacht wird.
Dabei darf man sich aber nicht verrennen. Da ist einer meiner Lieblingswitze recht zutreffend:

Da ist einer Forscher, der das Verhalten von Fröschen erforscht. Er setzt den Frosch vor eine Stange und sagt "Frosch spring!"

Der Frosch springt und der Forscher notiert "Frosch mit zwei Sprungbeinen springt!"

Der Forscher reißt dem Frosch ein Sprungbein aus und sagt "Frosch spring!"

Der Frosch springt und der Forscher notiert "Frosch mit einem Sprungbein springt!"

Der Forscher reißt dem Frosch das zweite Sprungbein aus und sagt "Frosch spring!"

Der Frosch springt nicht.

Der Forscher wiederholt "Frosch spring!"

Der Frosch springt nicht und der Forscher notiert "Frosch ohne Sprungbeine ist taub!"

Am Anfang meiner Röhrenzeit wunderte ich mich, warum Röhrenhörer so oft zu Breitbandlautsprechern greifen- jetzt weiß ich es: Weil man damit die o.g. Probleme umgeht.

Das hatte wohl eher mit anderen Sachen zu tun. Wie bekomme ich hohen Schalldruck mit wenig Leistung zustande?
Mit wirkungsgradstarken Lautsprechern.
Und das waren (und sind) überwiegend Breitbandlautsprecher bzw. Hornlautsprecher.
Und das Problem mit der Impedanz liegt auch bei denen mehr oder weniger vor.

Gruß,
Frank