Anforderungen an die Verstärkung:

Anpassung der

  • Größen von Strömen und Spannungen an Eingangs- bzw. Ausgangsanforderungen in Amplitude und Phase
  • Ein- und Ausgangsimpedanzwerte

 

Das Signal liegt am Anfang der Wiedergabekette in zum Teil winzigen Werten von Strom und/oder Spannung vor. Am Ende der Wiedergabekette, dem Lautsprecher werden dagegen beträchtliche Leistungen, entsprechend hohe Spannungen und Ströme verlangt. Neben der reinen Verstärkung auf das erforderliche Mass, wird zusätzlich oft noch eine Bearbeitung des Signals notwenig. Schallplatten und Tonbänder sind aus mechanischen und elektrischen Gründen mit einer Vorverzerungkennlinie aufgenommenen und bedürfen einer spiegelbildlichen Entzerrung. Es gibt Equalizer zur Anpassung an die menschliche Gehörkurve, zur Bass- und Höhenanhebung, oder -Absenkung, oder spezielle Filter für spezielle Aufgaben und Probleme.

Selbst auf die rein verstärkenden Schaltungen begrenzt ist die Vielfalt an Möglichkeiten, Schaltungstopologien und verwendbaren Bauteilen immens.

Grundlegend technisch sinnvoll ist es die Verstärkung so niedrig wie möglich und die Übertragungsbandbreite gering zu halten.

Für den Selbstbau entscheidender ist die Frage nach der Art der verstärkenden, oder sogenannten aktiven Bauteile. Arbeite ich mit einzelnen Transistoren oder Röhren, oder arbeite ich mit integrierten Schaltungen, ICs. Letztere enthalten zum Teil hunderte an aktiven Bauteilen, deren Struktur und Verschaltung vorgegeben ist und somit auch das Verhalten des Bauteils weitgehend vorbestimmen. Neben den Versorgungsanschlüssen finden sich nur wenige Anschlüsse an denen Signale ein- und ausgespeist werden können und das Verhalten der Schaltung bestimmt werden kann. Durch Datenblätter und Simulationsmodelle kann dann das Verhalten der Schaltung oft recht gut im Vorhinein ermittelt werden. Integrierte Schaltungen reduzieren den Entwicklungsaufwand enorm, da man sich weitestgehend nur noch auf die Peripherie des gewählten ICs konzentrieren muss. Die geringe Baugröße erlaubt kompakte Platinenlayouts. Messtechnisch sind moderne ICs in vielen Anwendungen kaum zu schlagen und preislich sind sie oft attraktiver. Trotzdem unterliegen Verstärker mit sogenannten Operationsverstärker-ICs (OP-Amps) oft klanglich einer gut gemachten Schaltung aus einzelnen Transistoren oder Röhren (diskrete Schaltung/diskrete Bauteile). Dabei sind weniger HiFi-typische Begrifflichkeiten betroffen wie Dynamik, Tonalität oder Auflösungsvermögen, sondern es ist eher der Unterschied im Eindruck von Authentizität. Die nüchterne Diktion von OP-amp Schaltungen lässt zu keinem Zeitpunkt Zweifel aufkommen technischer Wiedergabe zuzuhören. Die Illusion life dabei zu sein stellt sich nicht ein. Der Fuß-Mittwipp-Faktor ist eher gering.

Ein Grund hierfür könnte in der Anwendung globaler Gegenkopplungsschleifen (Rückkopplung) liegen. Könnte, weil die Verifikation dieser Aussage praktisch unmöglich ist. Es gibt keine Möglichkeit durch ein simples Umlegen eines Schalters einen Vergleich mit/ohne Gegenkopplung zu machen. Mit der globalen Gegenkopplung wird ein nichtlineares Verstärkungsverhalten des OP-Amps durch die äußere Beschaltung auf die gewünschte Spur gebracht. In der Theorie wäre das Verhalten der gegengekoppelten Schaltung nur noch von der externen Beschaltung abhängig. Innerhalb gewisser Grenzen funktioniert das Verfahren auch gut. Allerdings scheint unser Gehörsinn am Rande der Messgrenzen oder darüber hinaus zu funktionieren, sodaß eine Diskrepanz zwischen technisch ermittelten Werten und Höreindruck besteht.

Einfluss auf das klangliche Verhalten hat auf alle Fälle die Schaltungsstruktur. OP-Amps sind bei allen internen Detailunterschieden im Prinzip in zwei Gruppen aufteilbar mit grundsätzlich gleichen Schaltungstopologien innerhalb der Gruppen, den VFA Voltage-Feedback-Amps und den CFA Current-Feedback-Amps. VFAs z.B. bestehen fast immer aus dreistufigen Konzepten mit Eingangs-Differenzverstärker, Spannungsverstärker und Ausgangspuffer.

Eine Ausnahme stellt der AD797 von AnalogDevices dar, der einen besonderen Ruf als ´Audio´-OP-Amp geniesst. Den AD797 charakterisiert ein zweistufiges Konzept aus hochverstärkendem komplementär-Kaskode-Differenzverstärker und Ausgangspuffer.

Der auffälligste Unterschied bei CFAs ist der niederohmige invertierende Eingang, typscherweise die Emitter der Eingangsstufe. Das führt zu einem anderen Verhalten der Schaltung und erfordert auch eine andere Auslegung der Feedback Bauteile. CFAs findet man vielfach in high-speed Video OPAmps und schnellen Puffern.

Möchte man die Beschränkung auf die weitestgehend dreistufigen Konzepte auflösen, muss man fast zwangsläufig auf diskrete, mit Einzelbauteilen aufgebaute Konzepte setzen.

Das ist bei den meisten Audio-Schaltungen auch ohne größere Probleme möglich, da die Anforderungen in technischer Hinsicht als eher gering einzustufen sind. Die nötigen Verstärkungen sind abgesehen von Phonoverstärkern gering, ebenso die Bandbreite und bestimmte Anforderung an die Oberwellenarmut (Klirr), da die klassische THD-Messung nicht mit dem Höreindruck korreliert.