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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Thermische Verzerrung in HiFi-Verstärkern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker Als vor einigen Jahrzehnten die Entwicklung von HiFi-Verstärkern begann, war die Elektronik als Wissenschaft noch sehr schwach entwickelt. Trotzdem waren die Ergebnisse (bisher) sehr gut. In den vergangenen 30 ... 40 Jahren wurden zwar viele mehr oder weniger bedeutende Themen ans Licht gebracht, aber die Ergebnisse dieser Entwicklung haben die HiFi-Technik in keiner Weise (oder fast gar nicht) beeinflusst. Mit großer Verwunderung beobachten interessierte Leser, dass es in der HiFi-Technik keine Fortschritte gibt, sondern im Gegenteil teilweise Rückgänge zu beobachten sind (z. B. Digital, TV mit seiner spezifischen Klangqualität). Seit der ersten Mondlandung sind mehrere Jahrzehnte vergangen, und die Tontechnik befindet sich noch irgendwo im Zeitalter der „Pferdekarren“. Machen wir uns mit solchen physikalischen Phänomenen vertraut, die selbst in der spezialisierten HiFi-Literatur selten diskutiert werden. Und mittlerweile ist dies in Wirklichkeit das "Kolumbus-Ei" ... Vorverstärker, HiFi-Endstufen und andere Audiogeräte werden bekanntlich doppelt überprüft. Auf der einen Seite unterziehen Spezialisten für Elektronik und Akustik jedes Gerät einer strengen Kontrolle mit Messgeräten, sowohl im Prozess des Zusammenbaus als auch im montierten Zustand. Andererseits zeichnet sich jeder Verstärker auch durch Menschen mit gutem Gehör aus – nicht unbedingt Spezialisten (es können zum Beispiel Musiker oder Musikliebhaber sein). Sie hören den Klang von Musik ohne Geräte und ordnen den Verstärker der einen oder anderen Klasse zu. Die Besonderheit der sich abzeichnenden Situation besteht darin, dass sich die Ergebnisse dieser beiden Prüfungen in der Praxis sehr häufig widersprechen. Es kommt vor, dass trotz guter Messergebnisse die Klangqualität für das Ohr nicht sehr gut erscheint und umgekehrt. So baute der Autor vor einigen Jahrzehnten seinen ersten HiFi-Halbleiterverstärker, der sehr gute Eigenschaften aufwies, die mit den damals existierenden Messmethoden erzielt wurden. Aber der Verstärker hatte einen so mörderischen "frischen" Sound, dass es schade war für die investierte Zeit und Arbeit, und ich habe den schönen Klang des Röhrenverstärkers danach noch lange genossen. In den letzten Jahren wurden immer mehr elektrische Prüfverfahren von Spezialisten entwickelt, Verstärker mit immer besseren elektrischen Eigenschaften werden geboren und die Klangqualität lässt, gemessen am Hören, immer noch zu wünschen übrig. Fachleute (mittlerweile auch Laien) ärgern sich vor allem darüber, dass ein elektrisch hochklassiges Gerät im Einsatz als Verstärker einen unangenehmen (manchmal unerträglichen) Klang von sich gibt. Viele meiner elektronikbegeisterten und mit HiFi vertrauten Freunde fingen nach lebhaften Diskussionen an, fieberhaft Messgeräte umzugestalten, neue zu entwickeln, ausgeklügelte Messmethoden zu erfinden, monatelang daran zu arbeiten und sich dann zu ärgern, dass das alles nicht wirklich zum Ziel führt überzeugende Ergebnisse. Elektrische Leistung und Hörwerte korrelieren sehr selten miteinander. Dass sich irgendwo zwischen bekannten Dingen etwas „Mist“ verstecken könnte, bemerkte der Autor erst, als er, nachdem er die Methode zur Messung der Intermodulationsverzerrung mit zwei Signalen modifiziert hatte, (rein zufällig) ein drittes an den darunter liegenden Verstärker anlegte Test (der sich als vorhanden herausstellte - ein langsames Signal mit einer Frequenz von etwa 0,1 Hz, ungefähr dreieckig). Das Ergebnis, das von einem Oszilloskop kontrolliert wurde, stellte sich als sehr eigenartig heraus. Der Verstärker, der die "Prüfung" bisher ganz gut bestanden hatte, begann nun zu bestimmten Zeitpunkten, verschiedene grobe Verzerrungen einzuführen, die zweifellos mit dem Vorhandensein eines dritten Signals verbunden waren. Und gleichzeitig war der Verstärker während des Tests zweifelsohne im Nennbetrieb, deutlich unter der Überlastgrenze. Die Art der Verzerrungen war ziemlich bizarr und launisch: In manchen Momenten sahen sie wie eine "Amplitudenabschaltung" aus, die entweder die zweite oder dritte Harmonische lieferte. Mit einem Oszilloskop das gesamte "Repertoire" zu beobachten, war schwierig, es war unmöglich, diese Verzerrungen genau zu beurteilen. und es war nicht klar, was mit "diesem" zu tun war. Wenn sich die Frequenz des langsamen Signals im Infraschallbereich änderte, änderten sich Art und Größe der Verzerrungen etwas. Ein Verstärker anderer Art, der sofort "auf der Jagd nach" , wurde "den gleichen Tests unterzogen, ähnliche Verzerrungen waren geringer. Trotz einigermaßen guter Messergebnisse (Spektrumanalyse zeigte weniger als 6,1 % Klirrfaktor) wurden beide Verstärker vom Ohr gleich schlecht wahrgenommen. Der Autor stuft Verstärker seit langem als "gefährlich für das Nervensystem" ein. Und die ganze Messreihe wurde aufgrund der Tatsache gemacht, dass die standardmäßig gemessenen Parameter stereotyp und störend schön aussahen, was nicht über die Hörergebnisse gesagt werden kann. All dies erschien unlogisch und unverständlich. Da eine Bewertung der festgestellten Verzerrungen nicht möglich war, wurden die Messungen unterbrochen, obwohl während der Diskussion des Problems mit Bekannten einige hervorragende Hypothesen erfolgreich getestet wurden. Und nur wenige Jahre später fand das Problem zufällig seine Lösung. Wir müssen davon ausgehen, dass sich die meisten elektrischen Messmethoden und das Hören in einem scheinbar unbedeutenden, aber sehr wichtigen Punkt voneinander unterscheiden. Wie werden Messungen durchgeführt? Wir legen zunächst Signale von einem Generator an den Eingang des Verstärkers an und steuern erst dann das Ausgangssignal. Die gesamte Messmethode selbst stellt einen stationären Prozess dar: Das Signal befand sich bereits längere Zeit im Verstärker, bevor es einer genauen Analyse unterzogen wurde. Der Messvorgang ist recht langwierig (er dauert beispielsweise mehrere Sekunden oder sogar Minuten), seine Ergebnisse beziehen sich auf einen stationären Zustand und charakterisieren das kontinuierliche Vorhandensein eines standardisierten, wohldefinierten Messsignals am Eingang. Was passiert beim Hören und was ist hier der Unterschied? Der musikalische Input, der zum Beispiel von einem Geiger erzeugt wird, der chaotisch mit einem Bogen über die Saiten einer Geige streicht, oder einem Gitarristen, der wild an den Saiten einer Gitarre zupft, einem Schlagzeuger, der hektisch auf die Trommel schlägt, oder einem inspirierten Sänger, der singt, kann alles sein aber Standardsignal bei 1 kHz. Es (das Eingangssignal) variiert pseudozufällig in Amplitude, Frequenz, spektraler Zusammensetzung und Stereocharakteristik. Und die Ohren und das Gehirn analysieren perfekt die akustische Qualität eines solchen Signals und bewerten die Eindrücke von zusätzlichen Tonsignalen, die neben (anstelle von) der ursprünglichen Tonmelodie erschienen, untrüglich. die, obwohl irgendwie mit dieser Musik verbunden, nichts damit zu tun hat. Alle Schallübertragungssysteme führen gewisse Verzerrungen ein. Und das gilt nicht nur für jede „laute“ Musik mit ihrem breiten Spektrum, sondern auch für schmalbandige Sprache, zum Beispiel für jeden Vortrag, in einer „hölzernen“ Sprache. Die Hauptfrage ist, wie man diese Verzerrungen misst und wie man Verstärker klassifiziert. Die Erfahrung der vergangenen Jahre zeigt, dass die bisher durchgeführte Kontrolle nicht korrekt genug war und keine verlässliche Grundlage für eine solche Einstufung bot. In der Industrieelektronik (Messtechnik, automatische Regel- und Steuertechnik, Instrumentierung) haben Fachleute eine Vielzahl von Beobachtungen gesammelt, Messmethoden entwickelt und weit verbreitet, die (aufgrund ihrer hohen Kosten und ihres hochspezialisierten Charakters) nur von Menschen beherrscht und angewendet werden können eine kleine Gruppe von Spezialisten. Wenn es möglich wäre, die gleiche Menge an Geld und geistiger Energie in die Entwicklung der HiFi-Technologie zu investieren, dann wären wir zweifellos nicht dort, wo wir jetzt sind. Was von Akustik- und Elektronikspezialisten noch nicht ausreichend kontrolliert wurde, sind die ziemlich schnellen thermischen Regimeänderungen und die dadurch verursachten manchmal sehr signifikanten transienten Verzerrungen. Diese Verzerrungen werden von keinem der derzeit existierenden Messverfahren erfasst, da sie im Wesentlichen alle stationärer Natur sind. Diese Verzerrungen konnten nur mit einem dynamischen Testsignal und einem schnellen Verzerrungsmesser (Spektrumanalysator) erfasst werden. Die meisten Leser wissen natürlich, dass sich bei einer Änderung der Außentemperatur und der Temperatur des Halbleiterkristalls der gesamte Parametersatz des Halbleiters ändert: Daher ist eine Verbesserung der technisch einwandfreien Parameter ohne Berücksichtigung der Thermik kaum zu erreichen Prozesse. Und das alles ist so einfach, dass es wahrscheinlich deshalb bisher übersehen wurde. Autor: S.GYULA; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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Kommentare zum Artikel: Ygwin Der Autor ist ein Romanautor, kein Ingenieur. Er sollte Romane schreiben...
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