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ENDSTUFEN

Elektronik spielt eine zentrale Rolle in der Welt der Audioverstärkung, insbesondere bei Audio-Endstufen. Diese entscheidenden Komponenten nehmen das elektrische Signal von einer Audioquelle auf und verstärken es, um es an Lautsprecher zu liefern. Die Qualität und Leistungsfähigkeit einer Audio-Endstufe beeinflussen maßgeblich die Klangwiedergabe und damit das Hörerlebnis.

Moderne Audio-Endstufen nutzen eine Vielzahl von elektronischen Komponenten und Schaltungen, um eine präzise und verzerrungsfreie Verstärkung zu erreichen. Transistoren und integrierte Schaltkreise sind die grundlegenden Bausteine, die das elektrische Signal verstärken. Dabei können verschiedene Verstärkertopologien wie Class-A, Class-AB, Class-D und Class-H verwendet werden, wobei jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hinsichtlich Effizienz, Wärmeentwicklung und Klangqualität hat.

► Class A-Endstufen gelten als die reinste Form der Verstärkung. Sie arbeiten kontinuierlich und liefern ein unverfälschtes Signal, da die Transistoren in der Endstufe immer aktiv sind, unabhängig von der Signalamplitude. Dies führt zu einem linearen und verzerrungsfreien Klang, der besonders bei Audiophilen beliebt ist. Allerdings haben Class A-Endstufen den Nachteil eines geringen Wirkungsgrades und erzeugen daher viel Wärme, was ihre Effizienz beeinträchtigt und die Betriebskosten erhöht.

► Class A/B-Endstufen sind eine Weiterentwicklung von Class A-Endstufen und kombinieren die Effizienz von Class B-Endstufen mit der Klangqualität von Class A. Sie verwenden zwei separate Schaltungen für positive und negative Signalhälften, wobei jede Hälfte von einem eigenen Satz von Transistoren verstärkt wird. Dies ermöglicht eine verbesserte Effizienz im Vergleich zu reinen Class A-Endstufen, da die Transistoren nur dann aktiv sind, wenn ein Signal vorhanden ist. Class A/B-Endstufen sind weit verbreitet in Hi-Fi-Systemen und bieten eine gute Balance zwischen Klangqualität und Energieeffizienz.

► Class D-Endstufen, auch als Digitalverstärker bekannt, arbeiten durch das schnelle Schalten von Transistoren, um das Eingangssignal zu modulieren. Diese Art von Verstärkern bietet eine hohe Effizienz und geringe Wärmeerzeugung, was sie ideal für den Einsatz in tragbaren Audiogeräten und für den mobilen Einsatz im PA-Bereich macht. Allerdings können sie bei einigen Audiophilen wegen potenzieller Klangverfälschungen aufgrund des Schaltprozesses weniger beliebt sein.

► Class H-Endstufen sind eine Variation von Class AB, die mehrere Versorgungsspannungen verwenden, um die Energieeffizienz zu verbessern. Durch die Anpassung der Versorgungsspannung an das Eingangssignal wird der Wirkungsgrad optimiert, während gleichzeitig eine gute Klangqualität beibehalten wird.

Die Qualität der Bauteile, die in einer Audio-Endstufe verwendet werden, ist entscheidend für ihre Leistung. Hochwertige Widerstände, Kondensatoren und Transformatoren tragen dazu bei, Rauschen und Verzerrungen zu minimieren und eine präzise Signalverarbeitung sicherzustellen. Darüber hinaus können fortschrittliche Schaltungsdesigns wie Rückkopplungsschleifen, Schutzschaltungen und Impedanzanpassungen dazu beitragen, die Stabilität und Zuverlässigkeit der Endstufe zu verbessern.

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei Audio-Endstufen ist ihre Leistungsfähigkeit und Effizienz. Effiziente Endstufen wandeln einen Großteil der zugeführten Energie in akustische Leistung um, wodurch weniger Energie in Form von Wärme verloren geht. Dies ist besonders wichtig bei leistungsstarken Verstärkern, die große Lautsprecher antreiben oder in professionellen Audioumgebungen eingesetzt werden.

Zusätzlich zur reinen Verstärkungsfunktion können moderne Audio-Endstufen auch eine Vielzahl von Zusatzfunktionen bieten, darunter Equalizer, Limiter, Überlastschutz und drahtlose Konnektivitätsoptionen. Diese Funktionen erweitern die Flexibilität und Funktionalität der Endstufe und ermöglichen es Audioprofis und Enthusiasten, ihre Klangerfahrung anzupassen und zu optimieren.

Insgesamt ist Elektronik ein unverzichtbarer Bestandteil von Audio-Endstufen, die für eine präzise, verzerrungsfreie Verstärkung von Audiosignalen sorgen. Durch die Nutzung modernster elektronischer Komponenten und Schaltungen können Audio-Enthusiasten und Profis ein herausragendes Hörerlebnis genießen, das den Klang ihrer Lieblingsmusik und -filme in vollem Umfang zur Geltung bringt.

!! ACHTUNG LEBENSGEFAHR !!

Die folgenden Absätze zeigen geöffnete Audioendstufen.

Alle Arbeiten an elektrischen oder elektronischen Geräten dürfen ausschließlich von sachkundigen Personen durchgeführt werden.

Alleine beim Öffnen von Gehäusen elektrischer oder elektronischer Geräte besteht Lebensgefahr!

Unter keinen Umständen darf an elektrischen oder elektronischen Geräten Veränderungen oder Messungen durchgeführt werden,

wenn die durchführende Person über keine entsprechende Ausbildung verfügt!

Auch bei abgeschalteten und vom Stromnetz getrennten Geräte kann im Inneren Spannung gespeichert sein!

MEIN ENDSTUFEN-SETUP

Mir persönlich ist es wichtig, dass meine Endstufen einen guten elektrischen Aufbau haben und mechanisch hochbelastbar sind, sie müssen sozusagen begehbar sein. Diese Macke habe ich von meinem Schwager übernommen, obwohl der noch penibler wie ich auf alles achten. Der Unterschied zwischen einer Stereo- und Doppelmono-Endstufe besteht im Aufbau. Die Stereoversion besitzt meist ein Netzteil für beide Kanäle und die Elektronik der beiden Kanäle sitzen auf einer Platine, bei der Doppelmono-Endstufe sind beide Kanäle komplett voneinander getrennt, elektrisch wie auch mechanisch und besitzen auch zwei voneinander getrennte Netzteile. Das einzige was beides miteinander Verbindet ist das Gehäuse und die Spannungsversorgung.

40 Jahre alte Doppel-Mono-Endstufe im reinen Class-A Betrieb (~2x 20W RMS). Das Foto der geöffneten Endstufe wurde nach Erneuern aller Netzteil-Kondensatoren und Kondensatoren der Audio-Platinen gemacht. Der Ruhestrom wurde für den Claas A Betrieb erhöht. Die Endstufe ist für den Mitteltonbereich (~500-6000 Hz) der rechten und linken Hauptkanälen zuständig. Das Gehäuse wurde meinem Schwager vor 40 Jahren aus einer 15 mm U-förmigen Aluminiumwanne als Kühlkörper und Aluminiumprofilen aus dem Fensterbau gefertigt. Der Deckel wurde aus Lochblech gefertigt und zum Schluss verchromt.

25 Jahre alte Mono-Endstufe (2 Stück) (~2x 20W RMS), neu Aufgebaut im neuem gekauften Gehäuse. Ruhestrom wurde erhöht wodurch die Endstufe im reinen Class-A Betrieb für den Hochtonbereich (ab ~6000 Hz) der beiden rechten und linken Hauptkanäle läuft.

Aufbau einer neuen Doppel-Mono-Endstufe (~2x 800W RMS) im Class-A/B Betrieb für den Tieftonbereich (~100-500 Hz) der Hauptkanäle rechts und links. Die Endstufe wurde mit zwei Doppelspannungs-Netzteilen mit zwei 65V 1000VA Ringkerntrafos und 8 Kondensatoren je 100V 25000µF versehen.

Die 16A Haussicherung löste bei jedem Einschalten für den ersten Testlauf aus. Die beiden Ringkerntrafos verursachten, bis zum Aufbau des Magnetfeldes, für Millisekunden einen Kurzschluss. Abhilfe schaffte eine Strombegrenzung, die nachträglich eingebaut wurde. Die Endstufe besitzt keinen Schalter, das Ein- und Ausschalten wird von der Smart-Homesteuerung übernommen.

Das Gehäuse der Endstufe hat eine imposante Größe und ein hohes Gewicht.

Das Audiosignal der beiden Kanäle für rechten und linken Hauptlautsprecher werden über einen DSP in Bass-, Mittel- und Hochton aufgeteilt und an die drei zuvor genannten Endstufen weitergeleitet, um dann die Bass-, Mittel- und Hochtonlautsprecher mit verstärktem Audiosignal zu versorgen. Über den DSP lassen sich Trennfrequenzen, Laufzeiten und die Frequenzgänge der rechten und linken Kanäle über viele Einstellungen anpassen.

Aufbau einer neuen Mono-Endstufe (~ 2x 45W RMS) im reinen Class-A Betrieb mit hohem Ruhestrom für den Centerlautsprecher. Die Endstufe wurde mit einem Doppelspannungs-Netzteil mit einem 2x 45V 450VA Ringkerntrafo und 6 Kondensatoren je 63V 15000µF versehen. Die Endstufe besitzt keinen Schalter, sie wird über Smart-Homesteuerung ein- bzw. ausgeschaltet.

Die Lautsprecher für Surround rechts und links werden momentan mit Audiosignal einer fünften Stereo-Endstufe (~2x 300W RMS) versorgt. Die Endstufe besitzt einen Schalter aber auch diese wird über Smart-Homesteuerung ein- bzw. ausgeschaltet. Es ist diesmal kein Eigenbau, sondern versuchsweise eine kleine Claas-D Endstufe mit selbst ausgewähltem und ausgelagertem 48 Volt 20 Ampere Schaltnetzteil. Sehr verwunderlich was man der kleinen „Powerschachtel“ abverlangen kann, denn schließlich hat Endstufe eine Größe von nur vier Zigarettenschachtel und kostet nur 1/10 von einer großen Eigenbau Claas-A/B Endstufe. Für die Hauptkanäle oder die Centerbox würde ich sie trotzdem nicht verwenden. Stimmen sind nicht sauber und bei Musik kommen die Instrumente nicht gut differenzierbar und flach beim Hörer an. Eine entsprechend große Claas-A/B-Endstufen spielt dagegen wesentlich feindifferenzierender und luftiger. Ich werde über kurz oder lang wieder auf eine Doppel-Mono-Endstufe im Claas-A Betrieb umswitchen. Der klare Vorteil der kleinen „Power-Box“ liegt im günstigem Preis von ca. 170 Euro inkl. Netzteil und der kleinen Abmessungen. Als Verstärker für PC-Anwendungen ist der AIYIMA 07 mit geeignetem Netzteil nur zu empfehlen.

Fertig aufgebautes 48 Volt Netzteil mit 20 Ampere. Der Lüfter läuft ausschließlich bei extremer Belastung, die ich noch nicht für die Surround-Kanäle erreicht habe.

Die beiden 18“ (46mm) Subwoofer (bis ~100 Hz) werden mit Audiosignal einer sechsten 30 Jahre alten Class-A/B Doppel-Mono-Endstufe (MOS-FET) (~2x 300W RMS) versorgt. Die Endstufe ist mit 2x 65V 450VA Ringkerntrafos und mit 12 Kondensatoren a 100V 10000µF ausgestattet. Außerdem wurde eine Strombegrenzung verbaut, um das Auslösen der Haussicherung beim Einschalten zu unterbinden. Die Endstufe besitzt keinen Schalter, sie wird über Smart-Homesteuerung ein- bzw. ausgeschaltet.

Eine PA-Endstufe (PWM) (~2x 1200W RMS) Class-D für die Speisung von 4 Körperschallwandler (bis ~100 Hz) unter dem Sofa. Die PWM-Endstufe verfügt über Schaltnetzteil mit hoher Leistung. Die Abmessungen der Endstufe sind klein (1HE) und die Wärmeentwicklung gering. Die Endstufe wird über Smart-Homesteuerung ein- bzw. ausgeschaltet.

Ein großer Nachteil sind die vier ständig mitlaufenden Lüfter, welche im PA-Betrieb sicherlich nicht stören. Im HiFi-Betrieb bzw. Surround-Betrieb bei kleiner Lautstärke werden sie jedoch als sehr störend empfunden. Eine Nachrüstung auf elektronische Lüfter-Regelung schaffte Abhilfe. So laufen die vier Lüfter im Normalbetrieb nicht und schalten erst ein, wenn der Endstufe eine hohe Leistung für einen Schallpegel jenseits der Zimmerlautstärke abverlangt wird, hier sind die Lüfter nicht mehr zu hören.

Für die 4 Kanäle Hinten Oben und Vorne Oben entschied ich mich für Aktiv-Lautsprecher von Canton,

bei diesen wird das Audiosignal kabellos vom Canton DSP-Prozessor übertragen und auch das Schalten in den Ruhemodus und das Aufwecken wird vom Prozessor kabellos übernommen.

Gleiche LS-Boxen habe ich auch für die Surround-Beschallung an meinem Simulator verwendet.

Lautsprecher mit zusätzlichen Endstufen für die 2 Kanäle Mitte Oben folgen und sind noch nicht vorhanden.

Wahrscheinlich wird nach Fertigstellung meines neuen Projekts alle Endstufen einen neuen Frequenzbereich oder Surround-Kanal zugeordnet.

Die neue Doppel-Mono-Endstufe wird für den Frequenzbereich der Subwoofer verwendet.

!! ACHTUNG LEBENS- und BRAND-GEFAHR !!

Die folgenden Absätze beschreiben und zeigen einen Schaltplan eines 3-Phasen-Netzteils, welches momentan nur auf dem Papier besteht.

Auch hier gilt, der Nachbau darf ausschließlich von sachkundigen Personen durchgeführt werden.

Nachbau und Anschluss an das Hausstromnetz kann zu Störungen im Hausstromnetz führen und stellt eine Brand- und Lebensgefahr dar.

Bei Eigenbauten im Elektrobereich sollte immer ein Elektro-Meister oder Elektro-Ingenieur zu Rate gezogen werden.

Meist ist nicht die Frage ob das Vorhaben realisierbar ist, sondern ist es auch sicher und entspricht es den Normen.

Nächstes Bastelobjekt wird eine Doppel-Mono-Endstufe (MOS FET) im Claas-A Betrieb mit 200W (RMS) und einem Netzteil, welches alle meine früheren Verrücktheiten in den Schatten stellt. Die Endstufe bekommt ein mit Drehstrom (3 Phasen 400 Volt) gespeistes Netzteil, hierbei sind die Phasen um 120 Grad versetzt (siehe Abb. Dreiphasen-Wechselspannung). Dagegen wird eine herkömmliche 230 Volt Endstufen mit nur einer Phase betrieben. Der Vorteil liegt, meiner Meinung nach bei 3 Phasen, in den kleineren Tälern zwischen den Spannungsspitzen, die mit Glättungskondensatoren „gefüllt“ werden müssen, gut zu sehen im direkten Vergleich (siehe unten). Bei gleicher Kondensatorgröße ist der verfügbare Strom bei Netzteilen mit 3 Phasen um ein vielfaches höher. Wenn ein Bassimpuls, welcher einen hohen Strom benötigt, genau im Tal zwischen den Spitzen stattfindet, kann die abgegebene Spannung, je nach Höhe der Endstufen-Versorgungsspannung, bis zu ca. 10 Volt zusammenbrechen.

Einphasen-Wechselspannung (360° Darstellung)

Dreiphasen-Wechselspannung (360° Darstellung)

Die 3 Phasen sind um 120 Grad versetzt (360°/3=120°)

Einphasen-Gleichspannung (360° Darstellung)

Gleichspannung aus Dreiphasen-Wechselspannung (360° Darstellung)

Spannungsspitzen sind um 60 Grad versetzt

Täler bei Einphasen-Gleichspannung (360° Darstellung)

Täler bei Gleichspannung aus Dreiphasen-Wechselspannung (360° Darstellung)

Transformatoren lassen sich verschieden Verschalten, Es gibt z.B. Stern-Dreieck, Dreieck-Dreieck, Dreieck-Stern und die Verschaltung Stern-Stern, für die ich mich entschieden habe. Hierbei werden keine Spezialtrafos benötigt, was den Aufbau der Netzteile erheblich günstiger macht. Stern-Stern bedeutet, dass jeweils eine Anzapfung der Trafoeingänge mit einer Phase der 3-Phasen-Wechselspannung (R S T) verbunden werden und die verbleibenden drei Anzapfungen der Trafoeingänge werden miteinander verbunden und dienen bei mir zum Anschluss des Nullleiters, da ich die Endstufe auch für 230 Volt Wechselspannung tauglich machen möchte, indem ich die Anschlüsse (R S T) miteinander verbinde und die Endstufe dann über 230 Volt Haussteckdose betreiben kann. Bei den Ausgängen sieht es ähnlich aus auch hierbei ist jeweils eine Anzapfung pro Trafoausgang miteinander verbunden und dienen der gemeinsamen Masse im Netzteil. Bei den drei verbleibenden Anzapfungen der Trafoausgänge wird jeweils ein Gleichrichter und Kondensatorpakete gegen gemeinsame Masse dahinter angeschlossen. Ich habe mich für Brückengleichrichter mit Gehäuse entschieden, da diese leicht zu befestigen sind. Das Netzteil muss über eine Gesamtgleichspannung von 160 Volt bzw. je Plus- und Minus-Spannung 80 Volt zur Verfügung stellen. Für die 2 Netzteile einer Doppelmono-Endstufe werden 12 Trafos, 12 Brückengleichrichter im eigenen Gehäuse und 60 Kondensatoren mit je 25.000µF und einer Spannungsfestigkeit von 100 Volt benötig, was alleine die Gehäusegröße, alles von mir zuvor angefertigte, aus dem Rahmen fallen lässt, mal abgesehen von den eigentlichen zwei Endstufenmodulen aber dazu später mehr.