Röhren- und SS-Verstärkerleistung

Ein spezieller Datenpunkt: Vor einigen Jahren habe ich einige Messungen an einem 12-Watt-Röhrenverstärker (Leak TL/12+) durchgeführt , der seine Nennverzerrungsspezifikation (0,1 %) bei 12 W rms (bei 1 kHz) erfüllte.

Als jedoch die Verzerrung 1 % erreichte, erzeugte er 20 W RMS, während die meisten Transistorverstärker sofort über ihre Nennleistung hinaus Clipping begonnen hätten.

Ich habe dort aufgehört und nicht herausgefunden, wo es hartes Clipping oder sogar 10% Thd erreicht hat.

(Bei hohen Pegeln war dank der Push-Pull-Ausgangsstufe nur sehr wenig dieser Verzerrung die 2. Harmonische)

Warum: Bei Transistoren ist es einfach, eine Verstärkung hinzuzufügen und somit eine negativere Rückkopplung zu verwenden, und die Emitterfolger, die typischerweise in der Ausgangsstufe verwendet werden, sind relativ linear; so ist es einfach, die Linearität bis zu dem Punkt aufrechtzuerhalten, an dem der Ausgang auf die Versorgungsschienen trifft.

Bei einem Röhrenverstärker sind zusätzliche Verstärkungsstufen teuer, sodass Sie Ihr Linearitätsziel mit relativ wenig Gegenkopplung erreichen müssen. Das bedeutet, das härteste Bit – die Ausgangsstufe – über einen möglichst großen Bereich einigermaßen linear zu gestalten und die Nennleistung auf diesen Bereich zu beschränken. Es gibt Tricks, um diesen linearen Bereich etwas zu erhöhen, wie das Anschließen des Schirmgitters an einen Zwischenabgriff am Ausgangstransformator, irgendwo zwischen V+ (Pentodenanschluss) und Anode (Triodenanschluss) – Abgriff bei 43 % für den sogenannten „Ultra -lineare" Verbindung.

Jenseits dieses Bereichs wird es immer noch verstärken und zusätzliche Leistung erzeugen, aber seine Verzerrungsspezifikation nicht mehr erfüllen, bis zu einer gewissen Grenze, wo echtes Clipping auftritt. Eine Triodenschaltung ergibt den kleinsten linearen Bereich (daher die niedrigste Nennleistung), bietet aber aus dem gleichen Grund die größte Leistungsreserve bei Überlast.

Von wem wahrgenommen? Es gibt viele Missverständnisse in Bezug auf Audiogeräte. Es gibt Leute, die glauben, dass Folgendes die Audiowahrnehmung beeinflusst: Art der Materialien im Wechselstromanschluss, Kupferqualität in den Lautsprecherverbindungskabeln, Anzahl und Art der Anschlüsse usw. Es gibt auch Leute, die glauben, dass Schallplatten klingen besser als CDs. Es gibt keine technische Grundlage für diese Meinungen, aber das stoppt nicht die Behauptungen, die Sie im Internet sehen. Es gibt 10-Watt-Röhrenverstärker im Angebot für mehr als 10.000 US-Dollar. Sind sie besser als ein 10-Watt-Solid-State-Verstärker? Nicht nach irgendwelchen technischen Maßstäben. Es ist jedoch schwierig, die Wahrnehmung zu argumentieren. Ein 100-Watt-Audioverstärker, entweder Röhren oder Festkörper, erzeugt genau die gleiche Ausgabe, wenn er von einer 1-kHz-Sinuswelle in denselben Lautsprecher getrieben wird. Unter diesen Bedingungen ist die Lautstärke gleich. Es wurde jedoch argumentiert, dass Röhrenverstärker dazu neigen, weniger scharf zu schneiden als Festkörperverstärker. Daher klingt ein übersteuerter Röhrenverstärker möglicherweise besser, nicht unbedingt lauter, als ein Festkörperverstärker aufgrund von Oberwellen mit geringerer Amplitude. Aber das ist kein normaler Betrieb. Der Frequenzgang jedes Verstärkers kann je nach Design variieren, aber im Allgemeinen haben Festkörperverstärker flachere Frequenzgänge. Verfügt der Röhrenverstärker über einen Ausgangstransformator, wirkt sich dies auf den Bereich und die Ebenheit des Frequenzgangs aus, was den Klang je nach Bereich des Eingangssignals etwas verändert. Auch hier sollte der Lautstärkeunterschied der Verstärker nicht signifikant sein. Du kannst' Eine wissenschaftliche Erklärung für diese Effekte gibt es nicht, da sie vom individuellen Zuhörer abhängen. Ich glaube nicht, dass es technische Tests gibt, die einen Lautstärkeunterschied zwischen 2 Verstärkern zeigen würden, die für die gleiche Leistung ausgelegt sind, nicht übersteuert sind und an identische Lautsprecher angeschlossen sind.

Ich glaube, die Wahrnehmung kommt hauptsächlich von Spielern von Musikinstrumenten und weniger von Audiophilen. Deshalb gibt es eine breite Palette von Meinungen. Ingenieure sind anscheinend zu herablassend, um ein objektives Maß für die "Lautstärke von Musikinstrumenten" vorzuschlagen. Sinuswellen und Part-per-Million-Verzerrungen sind nicht die richtigen Metriken für diese Anwendung. Die technische Antwort ist jedoch klar und offensichtlich.

Röhrenverstärker sorgen für eine gleichmäßigere Signalbegrenzung, wodurch weniger Obertöne von Musiktönen erzeugt werden. Diese Obertöne sind diejenigen, die Musikerohren verletzen. Daher kann ein Spieler mit einem Röhrenverstärker Saiten oder Klaviere mit höherer Amplitude anschlagen, ohne das scharfe Unbehagen durch höhere Obertöne zu spüren, und die Amplitude des Haupttons wird ziemlich höher, was einen merklich lauteren RMS-Sound erzeugt.

Verstärker sind normalerweise für Verzerrungen bei etwa maximaler Leistung spezifiziert. Die nichtlineare Verzerrung niedriger Ordnung nimmt mit zunehmender Ausgangsleistung zu, sodass die maximale Leistung der „Worst-Case“-Messort ist. Darunter leiden sowohl Röhrenverstärker als auch Solid State (SS)-Verstärker, obwohl Röhrenverstärker etwas mehr haben. Eine geringe harmonische Verzerrung niedriger Ordnung kann relativ angenehm und „warm“ klingen und der Musik oft etwas „Extra“ hinzufügen, sodass die hohe Verzerrung von Röhrenverstärkern im Allgemeinen nicht als Laster empfunden wird.

Wenn sie in Überlast geraten, gehen SS-Verstärker „über die Gleise“, während Röhrenverstärker „etwas weiter um die Ecke gehen“. Unnötig zu erwähnen, dass ersteres böse klingt, letzteres kann man oft verzeihen. Dies bedeutet, dass bei gleichwertig bewerteten Röhren- und SS-Verstärkern der Röhrenverstärker toleranter gegenüber falsch eingestellten Pegeln ist.

Gegentakt-Ausgangsstufen der Klasse B an SS-Verstärkern haben einen weiteren Verzerrungsmechanismus, die Übergangsverzerrung. Diese Art von Verzerrung neigt dazu, unabhängig von der Ausgangsleistung zu sein, ist also in Bezug auf das Verhältnis am schlimmsten, wenn das Ausgangssignal klein ist, genau dort, wo Sie erwarten würden, dass der Verstärker die beste Leistung erbringt. Diese Art der Verzerrung neigt dazu, hochrangig zu sein, ist also unmusikalisch, hart, "verschleißend" und im Allgemeinen nicht beliebt.

Leider waren viele der ersten im Handel erhältlichen SS-Verstärker sehr schlecht für die Frequenzweiche. Ein recht passabler Verzerrungspegel bei voller Leistung von 0,1 % bei einem 100-W-Verstärker könnte bei einer Ausgabe von 100 mW zu 3 % werden. Obwohl Rock dazu neigt, diese Dynamikbereiche nicht zu haben, hat die klassische Musik sie, und Musiker hassten die Gewalt, die auf einigen wenigen Instrumenten auf heikle Passagen angewendet wurde.

Die Designer verbesserten schnell das Design der Ausgangsstufen, verbesserten die Stabilität der Vorspannung in Bezug auf die Temperatur und bekamen die Übergangsverzerrung bei allen Ausgangspegeln unter Kontrolle, aber zu diesem Zeitpunkt hatten SS-Verstärker bereits einen sehr schlechten Ruf. Dies wurde noch dadurch verschlimmert, dass a) es bereits eine große Anzahl von Verstärkern gab und b) immer noch schlechte gebaut und verkauft wurden, da das Konstruktionswissen nicht schnell von den guten zu den schlechten Herstellern überging.

Da Musik eine so subjektive persönliche Erfahrung ist, ist es schwierig, Genuss mit Klangtreue in Beziehung zu setzen. Da große Geldsummen für den Luxusbereich des Audiomarktes zu verdienen sind, haben die weniger skrupellosen Hersteller wenig Anreiz, die Käufer zu enttäuschen. Es ist bekannt und in Tests bewiesen, dass Musik besser klingt, wenn ein glänzender Röhrenverstärker auf der Theke leuchtet, als wenn dort eine unscheinbare schwarze Box steht, was auch immer die Geräusche erzeugt.

Eine persönliche Anekdote über die musikalische Wirkung von Obertönen niedriger Ordnung, die ich versuchen werde, mich kurz zu halten. Als ich Mitte der 70er Jahre als Student mit meiner Musiksammlung anfing, hatte ich wenig Geld, also kaufte ich mir zunächst ein anständiges Deck und einen Tonabnehmer, um meine Plattensammlung nicht zu beschädigen, und hörte mit Emitter-Followern und Kopfhörern. Im nächsten Jahr baute ich den 50-W-Stereoverstärker „Gemini“ von Practical Electronics, konnte mir aber zunächst nur ein paar winzige 3-W-Autolautsprecher aus einem Flohmarkt leisten. Nichtsdestotrotz klang Annie Austere von Fruupps Prince of Heaven's Eyes herrlich, riesige Schwaden von großem Sound, ein Refrain von ... Sie verstehen schon. Beim erneuten Hören ist der Effekt eher wie ein Großteil von Quadrophenia!

Zwei Semester später baute ich schließlich meine KEFkit IIIs in 120-Liter-Fahrerhäusern. Jetzt wollte ich mir diesen Track so anhören, wie er gehört werden sollte. Es klang OK, also drehte ich es auf. Es klang noch OK. Ich habe es noch etwas aufgedreht. Irgendwann klapperten die Fenster, meine Ohren taten weh, die Nachbarn beschwerten sich und es klang immer noch OK. Die farbenprächtigen Schwaden des großartigen Klangs waren die Verzerrung meiner Art unterversorgter Lautsprecher gewesen. Seufzen!

Es kommt auf die Wattart an. Gipfel ? Effektivwert ? bei welcher belastung? Ich erinnere mich, dass ein Verstärker mit 200 W beworben wurde, weil es Stereo 2 × 100 W in 4 Ohm war und der Verkäufer nicht einmal wusste, ob es sich um Watt RMS handelte (was ich bezweifelte). Dieser 200-W-Verstärker war also in der Lage, eine tatsächliche Leistung von 25 Watt RMS pro Kanal an 8 Ohm auszugeben.

Der beste Verstärker ist ein Festkörperverstärker, der nicht verzerrt. Aber Röhrenverstärker scheitern mit weicher Begrenzung und 2nd Harmonic Distortion aufgrund der Gain-Asymmetrie und weichen Sättigung, sodass sie bei Übersteuerung angenehmere verzerrte Sounds erzeugen können.

Das macht sie nicht besser, aber bringt sie dazu, mehr Leistung bei 10% Verzerrung zu bringen, was bei 2. harmonischen Bässen weniger wahrnehmbar ist als bei höheren ungeraden Harmonischen durch SS-Clipping. Die 2. Harmonische ist nur auf die asymmetrische Röhrenverstärkung für den Klasse-AB-Ausgangszustand zurückzuführen.

Die beste professionelle Ausrüstung ist die, die Sie sich leisten können und die nicht verzerrt.

Die Schallübertragung ist nichtlinear. Es wird angenommen, dass es über einen kurzen Bereich linear ist, aber das ist es wirklich nicht. Die Druckabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit führt dazu, dass Sinuswellen zu Sägezahnwellen neigen (Spitzen bewegen sich schneller und Täler bewegen sich langsamer), was Harmonische ungerader Ordnung sind. Röhrenverstärker erzeugen im Allgemeinen Obertöne ungerader Ordnung und können daher vernünftigerweise als lauter, aber psychoakustisch weiter entfernt wahrgenommen werden.