Messungen Eintakt EL156 - neuffer-audio

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Messungen Eintakt EL156

Messungen
Nachfolgend sind die Meßergebnisse des Eintaktverstärkers EL156 dargestellt. Die Klirranalyse wurde mit einem differentiellen Digitaloszilloskop handyscope HS6 Diff mit 16bit Auflösung durchgeführt. Zur Erhöhung des S/N-Abstandes wurde 128-fach gemittelt. Der Signalgenerator ist ein klirrarmer Siglent SDG2042X. Die angeschlossene Last war ein 6 Ohm Leistungwiderstand.

Bandbreite des Verstärkers:
Die Messung der Signalbandbreite des Verstärkers erfolgte bei 1Vrms an 6 Ohm.
Angegeben werden die untere und obere Grenzfrequenz (-3dB).

Bandbreite = 11Hz...43kHz.

Rechteckverhalten:
Zur prinzipiellen Überprüfung eines Verstärkers eignet sich der Rechtecksignaltest gut. Hiermit können schon etwaige Fehler entdeckt werden, z.B. Überschwinger, Ringing, etc.
Das Rechtecksignalverhalten wurde bei 1kHz und 10kHz überprüft.

Weder bei 1kHz noch bei 10kHz Rechtecksignal zeigen sich Überschwinger oder ein Nachschwingen. Es ist lediglich die maximale obere Grenzfrequenz in Form einer Begrenzung der Anstiegszeit zu sehen.
Die folgenden Abbildungen zeigen die Meßergebnisse für 1kHz und 10kHz Rechtecksignal.
Das Klirrspektrum:
Die nächste Abbildung zeigt das Klirrleistungsspektrum des Verstärkers; aufgenommen bei Einspeisung eines 1 kHz Sinussiglnals.
Dominant ist der Klirranteil k2, wie es auch zu erwarten ist bei einem Verstärker in Eintakt-Topologie ohne Über-alles-Gegenkopplung, der linear mit der Leistung ansteigt. Bei einem Watt Ausgangsleistung liegt k2 bei ziemlich genau -41dBV. Die Komponente k3 steigt ab diesem Punkt erst an; davor liegt sie unterhalb von -70dBV und erreicht bei Vollaussteuerung -54dBV, also 0,2%. Die Komponenten k4 und k5 bleiben bis 1W unterhalb von -80dBV an derAuflösungsgrenze des Meßsystems und erreichen maximal -61dBV (0,09%); k6 und k7 sind praktisch nicht vorhanden.
Intermodulationsspektrum:
Zur Erfassung der Intermodulationen wurde ein Zweitonsignal (19kHz und 20kHz) eingespeist und das Ausgangssignal bei 1W Ausgangsleistung per FFT ausgewertet, was die folgende Abbildung zeigt.
Man sieht entsprechend des zuvor gezeigten Klirrspektrums auch Intermodulationen, nämlich dominant quadratische und kubische Intermodulationsprodukte. Zwischen den Hauptsignalpeaks und den benachbarten Intermodulationsprodukten kommen sonst keine Störkomponenten, wie es sonst oft bei gegengekoppelten Transistorverstärkern zu sehen ist, vor.
Weitergehende Messergebnisse:
Eine weitere Möglichkeit, die Meßergebnisse mit den Höreindrücken zu korrelieren, liefert Daniel H. Cheevers (“A New Methodology for Audio Frequency Power Amplifier testing based psychoacoustic Data that better correlates with sound quality” by Daniel H. Cheever, MS Thesis In Electrical and Computer Engineering, University of New Hampshire, December 2001)

Cheevers geht davon aus, daß ein Verstärker dann transparent und gut klingt, wenn die von ihm produzierten Klirrkomponenten dem Verlauf entsprechen, den das Ohr selbst erzeugt.
Ein reiner Sinus erzeugt im menschlichen Ohr harmonische Verzerrungen (aural harmonics), die mathematisch beschrieben werden können. Dabei werden diese Verzerrungen aber nicht wahrgenommen, sondern lediglich der reine Sinuston. Wenn jetzt ein Verstärker (oder besser gesagt eine Wiedergabekette) klirrt, dann sollte dieser (diese) ein ähnliches Verzerrungsmuster wie das Ohr aufweisen, damit dieses nicht auffällt. Jede Abweichung des Klirrverlaufs von dem Verlauf der "aural harmonics" wird entsprechend gewichtet und zu einem dimensionslosen Faktor, dem TAD (total aural disconsonance), umgerechnet. Eine Abweichung der höheren harmonischen Verzerrungen fallen damit deutlich stärker ins Gewicht als bei der reinen Summation zum THD, was laut Cheevers (und auch schon andere, die auf diesem Gebiet geforscht haben) eine bessere Übereinstimmung zwischen Messung und Höreindruck gibt. Also sollte laut Cheevers ein Verstärker bzw. die Wiedergabekette entweder überhaupt nicht verzerren, oder ein Verzerrungsverlauf ähnlich dem des Ohrs aufweisen. Für Cheevers geht diese Theorie weiter als die Ergebnisse der Verdeckungstheorie nach Zwicker, die besagt, daß die höheren Verzerrungskomponenten lediglich gering genug sein müssen, um vom Grundton verdeckt werden zu können. Zur Berechnung dieses dimensionslosen Faktors TAD wird allerdings mit absoluten Lautstärken gearbeitet, da auch die ohreigenen Verzerrungen mit der Lautstärke variieren.

Cheevers hat in seiner Arbeit einen Vergleich zwischen einem Eintakt-Röhrenverstärker und einem mäßig guten Transistor-Verstärker angeführt. Die Berechnung wurde mit einem angenommen Lautsprecherwirkungsgrad von 95 dB/W und bei einer von den Verstärkern abgegebenen Leistung von 0,32 W (Röhre) bzw. 0,72 W (Transistor) durchgeführt. Für den Röhrenverstärker wurde ein TAD von 365 und für den Transistorverstärker von 7540 (jeweils in %) berechnet. Cheevers gibt eine Spanne für TAD von 100 ("very good") bis 10000 ("very flawed") an. Die Berechnung wurde für eine Frequenz von 1kHz, also im empfindlichsten Bereich des Gehörs, durchgeführt und bis zur 10. harmonischen berechnet.

Für den EL156-Verstärker ergeben sich bei 1W und einer angenommenen und mit dem DaB vergleichbaren Empfindlichkeit von 95dB/W ein Wert von 216, wenn bis zur 7. harmonischen Klirrkomponente gerechnet wird. Der Verlauf der aural harmonics und des harmonischen Klirrverlaufs des Verstärkers sind in der nächsten Abbildung dargestellt.
Klirrmessungen am Lautsprecher
Wichtig ist bei einer Wiedergabekette letztendlich, was aus den Lautsprechern herauskommt. Aus diesem Grund können auch vergleichende Messungen der Kombinationen von Verstärkern und Lautsprechern sinnvoll sein. Zu diesem Zweck wurden einfache Klirrmessungen am Breitbandlautsprecher mit zwei unterschiedlichen Verstärkern durchgeführt. Beide Verstärker sind durch vorhergehende Messungen des Verhaltens an einem Meßwiderstand bekannt und werden am Breitbandlautsprecher B200 ohne Frequenzweiche betrieben. Es wird ein Chipamp mit durchgehend hervorragend niedrigen Klirrwerten mit dem Eintakt-Röhrenverstärker verglichen. Die nächsten beiden Abbildungen zeigen das Ergebnis, angefangen mit dem Chipamp. Die Messungen erfolgten bei ca. 93dB bei 70cm Abstand, was 90dB bei 1m Abstand entspricht.

Während der Chipamp am Meßwiderstand alle Klirrkomponenten Werte von <-80dB erreichen und damit niedriger liegen, als beim Röhrenverstärker, sind die Ergebnisse am Lautsprecher unterschiedlich dazu. Die Werte k2 und k4 liegen sehr niedrig, jedoch ist k3 mit dem Chipamp höher (teilweise doppelt soviel) als mit dem Röhrenverstärker. Weiterhin ist der Klirr k2 des Lautsprechers mit dem Röhrenverstärker deutlich höher als mit dem Chipamp, liegt aber bei dem gemessenen Schalldruck noch deutlich unter der Hörbarkeitsschwelle und ist somit unkritisch. Zudem wird mit dem Röhrenverstärker der Klirr wieder in eine dem Ohr entsprechende Reihenfolge gerückt, die nach der vorhergenannten Theorie auch wieder natürlicher klingt (die Klirrwerte bei 1kHz sind bei den Diagrammen unten aufgelistet).
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