Erweiterung der Bandbreite des Audioverstärkers

Parallel zur Hochfrequenzdämpfung haben Audioverstärker einen weiteren "mangelnden Geschwindigkeitsfehler". Leistungsverstärkerschaltungen verwenden Feedback, um Uout Uin folgen zu lassen, aber verstärkt. Wenn die Zwischen- oder Ausgangsstufe des Leistungsverstärkers hohe Frequenzen dämpft, versucht die Eingangsstufe, stärker zu treiben, um Uout zu zwingen, schnellen Änderungen von Uin zu folgen. Das führt leicht zu Overdrive-Clipping in Zwischenstufen. Das Phänomen war als transiente Intermodulationsverzerrung bekannt und war in der Vergangenheit wirklich ein Problem.

Es tauchte zuerst auf, als massenproduzierte Transistor-Audioverstärker auftauchten. Die Industrie verwendete gebrauchte kostengünstige Transistoren, die selbst bei wenigen kHz eine erhebliche Dämpfung (im Vergleich zu DC) verursachten. Mit Feedback schien alles noch gut, wenn der Sound nur bei niedrigen Frequenzen hohe Leistungsspitzen hatte. Aber perkussive Hits klangen dumpf. Beim zweiten Mal geschah dasselbe, als 741-Operationsverstärker in Audioanwendungen eingesetzt wurden.

Einige Propellerheads (zB Tapio Köykkä) kannten das Problem sofort als es auftauchte und erklärten es sogar ok, aber große Unterhaltungselektronikfirmen stempelten sie natürlich zu paranoiden Maniacs. Glücklicherweise erschienen auch akademische Arbeiten (z. B. Matti Otala) und heute sind Verstärker üblich, bei denen jede Stufe 20 kHz oder mehr bei voller Leistung verarbeiten kann.

Theoretisch kann man mit guten Mikrofonen perkussive Klänge einfangen, die über 20 kHz eine beträchtliche Energie haben. Dies kann zu transienten Intermodulationsverzerrungen führen, wenn der Verstärker nur bis zu 20 kHz verarbeiten kann. Herkömmliche digitale Tonaufnahme- und -verteilungssysteme haben jedoch steile Tiefpassfilter, die alles über 20 kHz auslöschen, sodass nur direkte Konzertklangverstärker und einige spezielle Aufnahmesysteme mit hoher Bandbreite von Verstärkern mit einer höheren vollen Leistungsbandbreite als 20 kHz profitieren können.

Abgesehen von der Erhöhung der möglichen Komplexität und der Kosten gibt es sehr wenig zu gewinnen.

Menschen, die etwas über 20 kHz hören können, sind sehr selten und über 22 kHz fast nicht vorhanden. Wenn Sie also nicht beabsichtigen, ein Soundsystem für Ihren Hund zu entwickeln, ist dies nur verschwendete Bandbreite.

Der -3-dB-Punkt, der als Standard für die Bandbreite verwendet wird, impliziert, dass tatsächlich hörbare Frequenzkomponenten merklich gedämpft werden. Es kann also irgendwie gerechtfertigt sein, etwas zusätzliche Bandbreite zu haben, sodass Sie bei 20 kHz weniger als 1 dB Dämpfung haben. Aber auch die Ohrreaktion ist nicht konstant. Wenn Sie sich dem hohen Ende nähern, ist Ihr Gehör weniger empfindlich und kann sogar Nullen in der Antwort enthalten. Und wenn Sie kein Teenager sind, haben Sie diese Reichweite höchstwahrscheinlich überhaupt nicht.

Sie müssen jedoch bedenken, dass ein hohes C (Sopran-C) kaum über 1 kHz liegt. Die höchste Note in einem Klavier ist ~4,2 kHz. Das bedeutet, dass 20 kHz fast 5 Harmonische der höchsten Note sind. Die einzigen Klänge, die in diesem hohen Bereich einen signifikanten Inhalt haben könnten, wären perkussive (laute/impulsive) Klänge.

Aber was ist mit dem Ausgangsmaterial? Standard-Audio-CDs und das meiste Musikmaterial werden mit 44 kS/s abgetastet (um Filter-Roll-Off zu ermöglichen), was bedeutet, dass physikalisch keine Frequenzkomponenten über 22 kHz vorhanden sind, außer Verzerrung und Rauschen. Und die benötigte Rekonstruktionsfilterung würde diese Bandbreite selbst reduzieren.

Also abschließend:

• Sofern Sie sich nicht für hochauflösendes oder hochauflösendes Audio interessieren, hat das Quellmaterial keinen Inhalt auf dieser Bandbreite. Alles, was Sie tun würden, ist (unhörbares) Rauschen und Verzerrungen zu verstärken. Also Kraftverschwendung.
• Höhere Cutoff-Frequenzen können für eine flachere Reaktion im High-End-Bereich sorgen, aber auch eine Systemreaktion höherer Ordnung.