Digitale Endstufen - aktuelle Entwicklung

[.Jens]

Soviel ich weiß kommt dabei Pulswellenmodulation zur Anwendung, d. h. die Verstärker kennen nur die Schaltzustände 0 und 1, die Signalstärke wird dabei über die Frequenz der Stromstöße reguliert.

Genau. Und dem verstärkten Signal verpasst man dann noch einen Tiefpass, der den hochfrequenten Takt ausfiltert.

Im Grunde ist die Funktionsweise tatsächlich ähnlich wie bei einem Schaltnetzteil, oder besser: ungefähr so wie bei einem Dimmerpack. In GANZ grober Näherung...

Jens

 

[00Schneider]

Soviel ich weiß kommt dabei Pulswellenmodulation zur Anwendung,

Pulsweitenmodulation ist das Wort, kurz PWM.

Es sind auch keine digitalen Verstärker, denn digital heißt zeit- und wertdiskret, ersteres ist aber bei D-Klasse-Verstärkern nicht der Fall. Das Signal ist dann nur wertdiskdiskret (0 oder 1), aber bleibt zeitkontinuierlich.

Das Eingangssignal wird mit einer hochfrequenten (ca. 100-400 kHz) Sägezahnspannung (meistens) moduliert. D.h. ein Komparator vergleicht permanent beide Spannungen, ist das Eingangssignal größer als die Modulationsspannung wird am Ausgang (der Modulationsstufe) eine Spannung ausgegeben, ist es kleiner keine, sozusagen eine 0 oder eine 1. Dadurch ergibt sich ein Rechtecksignal mit verschieden breiten Rechtecken, also verschiedenen Weiten, deshalb Pulsweitenmodulation (oder Pulsbreiten- oder Pulsdauermodulation).

Hier erkennt man es:
http://members.hometown.aol.com/_ht_a/lmdmkm/Class-d/class-d1.htm

In diesem Rechteck ist das nun das ursprüngliche Signal enthalten und zusätzlich eben viel "HF-Müll". Deshalb muss das Signal vor dem Ausgang nochmal durch einen Tiefpassfilter, der das eigentliche Signal herausfiltert.

Der Vorteil dass die Endstufentransistoren im Schaltbetrieb arbeiten ist, dass fast gar keine Verlustleistung entsteht. Denn sind sie gesperrt, fließt kein Strom, also kann auch keine Leistung verbraten werden.

Durch diesen Tiefpass sollte auch keine HF-Anteile auf die Lautsprecherkabel kommen, also dahingehend auch keine EMV-Probleme geben. Zumindest hab ich diesbezüglich auch nocht nichts gehört.


Bei manchen tragbaren Audiogeräten wird auch der Tiefpass am Ausgang gespart, dessen Funktion übernimmt der Kopfhörer selbst, ist schließlich mit seiner Spule auch ein Tiefpass, hohe Frequenzen kann er eh nicht wiedergeben.


http://de.wikipedia.org/wiki/PWM
http://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsverstärker#D-Verst.C3.A4rker

 

[Carl]

PWM wird meist verwendet, ist aber de facto nicht nötig und nicht der Witz hinter der Geschichte.
Digitale Endstufen arbeiten wie sigma-delta AD-Wandler.

Wie bei einer analogen Endstufe wird das Ausgangssignal mit dem Eingangssignal verglichen und je nach abweichung wird reagiert:
Beim analogen, wird der jeweilige Transistor 'ein bischen' leitender gemacht
Bei digitalen Endstufe wird der Lautsprecher über ein Filter entweder direkt auf die positive oder negative Versorgung 'durchgeschaltet'. Durch dieses harte schalten hat man weniger Verluste, ist aber wegen EMV etc. schwer in den Griff zu bekommen.

Mal etwas Literatur:
Sigma delta:
http://www.lme.fh-muenchen.de/lst/sdamp/sda_top_frame.html
http://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/SigmaDelta_D.html

Referenzdesign eines kompletten Verstärkers:
http://www.irf.com/technical-info/refdesigns/iraudamp1.pdf

Viel Spaß beim lesen..


PS: Ja, es gibt reine PWM Amps, aber die klingen wie in die Blechtrommel gesch... Sinn macht das erst mit sigma-delta 2. oder höherer Ordnung. Da liegt der Witz und die meisten Hersteller verschweigen es.
PPS: @ .Jens Die nächste Grundsatzdiskussion bitte persönlich bei einem Bier, hab momentan nicht die Zeit und erinner mich da noch so an die Recording Plauderecke...

 

[dic]

So, hab' jetzt einige Zeit die Suchfunktion gewälzt und mich dazu entschieden, keinen eigenen Thread zu eröffnen.

Folgende Situation:
Ich bin Bassist, verwende einen Sansamp-RBI-Preamp von dem ich per regelbaren XLR-Ausgang in eine Powersoft Digam LD1404 gehe, die meine Glockenklang-Box antreibt.
DI-Signal kommt somit aus dem XLR-Ausgang der Digam.

Es klappt alles wunderbar, ich habe einen Wahnsinnssound bei jeglicher Lautstärke.

Am Samstag hatte ich einen größeren Auftritt auf einem Indoor-Festival, das mit einer ziemlich großen Lichtanlage ausgestattet war.
Nun produzierte die Endstufe ein absolut unschönes, deutlich hörbares Britzeln, das auch auf dem XLR-Ausgang der Endstufe anlag.
Ich musste daher gezwungenermaßen die Endstufe des für das Festival gestellten Bassverstärkers verwenden, bei welcher das Problem nicht aufgetreten ist, und meine Digam aus der Signalkette nehmen.
Leider muss ich sagen, dass ich im Eifer des Gefechts nicht versucht habe, mein Rack an die Steckdose des Ampeg-Tops zu hängen, mein Topteil hing an einer Steckdosenleiste direkt hinter der Box, nicht in Lichtnähe.

Der Monitormischer des Festivals meinte, dass dies ein bekanntes Problem von Digitalendstufen sei und dass es an der Lichtanlage liegen würde.

Nun, meine Frage ist:
Bei so großen Festivals halte ich es für ziemlich unwahrscheinlich, dass die Backliner Lichtsteckdosen in Verstärkernähe verlegen. Selbst wenn es so war: Ist es möglich, dass die Lichtanlage in die Endstufe einstreut? Ist das der Verursacher des "Britzelns"? Wie kann ich solche Probleme aus der Welt schaffen? Oder war es etwas komplett anderes? Was bringt Digital-Endstufen zum britzeln?

Vielen Dank für eure Infos und die Hilfe!
Grüße,
JoeC

 

[Carl]

Das Britzeln kenne ich, wenn irgendwo viele Lichtdimmer unterwegs sind und mal 30m XLR zwischen zwei Geräten an verschiedenen Verteilern liegen hat. Ich vermute, dass die Steckdosenleiste auf irgendeiner Phase lag (Licht oder etwas in der Näche des Lichts) und der Dreck ins Kabel kam.
Vermutlich wäre das mit jeder anderen Endstufe genauso gewesen.

Das jetzt als Problem von Digitalendstufen zu sehen halte ich für gewagt, denn dann wäre das Problem nur am Endstufenausgang aufgetreten, nicht am durchgeschleiften XLR Ausgang. Der ist bei Digitalendstufen genau durchgeschleift (oder einfach durchverbunden) wie bei jeder anderen auch.

 

[dic]

Na, ok, Danke für die Antwort!
Lustigerweise ist's ja an der Endstufe des Bassamps nicht so gewesen. Der hatte wohl einen anderen Stromkreis.

Ich hoffe einfach mal für die Zukunft, dass die nächsten Bühnen "sauberen" Strom haben.
Merci,
JoeC

 

[lemursh]

Ansonsten mal mit Netzfilter und/oder Ferritkernen in der Netzleitung des Amps experimentieren.

 

[dic]

So Netzfilter, wie man sie bei Conrad für ein paar Euro findet?

Ich könnte mir dann eventuell auch so einen ohne Kaltgerätebuchse holen und endlich meinen Powercon-Anschluss für's Rack realisieren...

Klappt das?

Wundert mich, dass Endstufen so etwas eigentlich essentiell erscheinendes nicht gleich von Haus aus an Bord haben.
Grüße,
JoeC

 

[crassmike]

So Netzfilter, wie man sie bei Conrad für ein paar Euro findet?

Wundert mich, dass Endstufen so etwas eigentlich essentiell erscheinendes nicht gleich von Haus aus an Bord haben.
Grüße,
JoeC

Haben sie normalerweise schon. Nur ist das kein grundsätzliches Allheilmittel. Ich habe mir einen bulligen ~17€ 230V/16A Netzfilter von RS Components kommen lassen und ihn im Elektronikpraktikum netterweise unter fachmännischer Anleitung in diese 2HE Thomann Stahl-Racknetzleiste (weil die einzige mit genügend Platz) einbauen dürfen. Gegen "Britzeln" bei Lichtschaltern auf der selben Phase hat mir das leider auch nicht geholfen. Da bräuchte man schon aufwändigeres (z. B. größere Kondensatoren zum Abfangen der Spannungsspitzen).

MfG, Mike.

 

[Carl]

Haben sie normalerweise schon. Nur ist das kein grundsätzliches Allheilmittel. Ich habe mir einen bulligen ~17€ 230V/16A Netzfilter von RS Components kommen lassen und ihn im Elektronikpraktikum netterweise unter fachmännischer Anleitung in diese 2HE Thomann Stahl-Racknetzleiste (weil die einzige mit genügend Platz) einbauen dürfen. Gegen "Britzeln" bei Lichtschaltern auf der selben Phase hat mir das leider auch nicht geholfen. Da bräuchte man schon aufwändigeres (z. B. größere Kondensatoren zum Abfangen der Spannungsspitzen).

Genau das denk ich mir.
Das Problem ist ein ganz einfaches: die 50 Hz müssen ungehindert durch kommen, das britzeln darüber bei 300Hz, 1 kHz... darf nicht durch. Der Abstand der Frequenzen zueinander ist einfach zu klein. Wenn, dann müsste man schon eine Drossel mit 10kg oder mehr mitschleppen.Ferrite legen eh erst ab MHz los. Solche MHz Störungen können sich zwar in den hörbaren Bereich demodulieren, aber Dimmer erzeugen die Störungen direkt im kHz Bereich.

Mein Tipp:
a) Von Mic / Gitarren Pegel möglichst nah an der Gitarre auf Line Pegel gehen. Dann Sym Übertragung zum Amp und bei solchem Britzeln noch mal einen galv. trennenden Übertrager / ground breaker dazwischen. Das ist das einzige, was hilft!
Die Unterdrückung symmetrischer Störungen in Endstufen 'dämpft' diese meist nur um ca. 45 dB. Aber wenn jetzt von einer Menge Licht da bis zu einem Volt Störpegel rein kommt, kommt der bei vollem 6 dBU Aussteuerung da die Störung mit ca -50 dB durch. Und das ist deutlich hörbar. Technisch wäre mehr machbar, aber Präzisionswiderstände sind teuer...
Ein guter Übertrager ist da deutlich besser.

 

[dic]

Okay, DFanke für eure Hilfe!
Mein Bass ist aktiv und somit ist die Signalstrecke vom Bass zur Vorstufe eh nicht sonderlich störungsempfindlich. Vorstufe geht symmetrisch in die Endstufe, sowieso.
Ich hoffe jetzt einfach mal, dass mir das nicht mehr passiert. In Zukunft wird der gestellte Bassamp rigoros vom Netz getrennt und dessen Steckdose schamlos von mir übernommen.

Merci nochmal, beste Grüße,
JoeC

 

[Carl]

An einer völlig anders gelagerten Baustelle hatte ich letztens dasselbe Problem. 30m Kabel vom Mischpult zu den Endstufen, anderer Sicherungskasten, auf dem Licht mit drauf hing. Und da störte es hörbar in die symmetrische +12 dBU Übertragung rein. Alle dimmbaren Lampen an oder aus war kein Problem, aber wehe die waren gedimmt...
Das Gehör geht über mehr als 120 dB, und wenn 120 dB(A) aus den Boxen +12 dBU im Kabel entsprechen, hört man wenn es leise ist noch locker -80 oder (wenn es ganz leise ist) -100dBU (im Kabel) Das sind dann umgerechnet 100µV oder 10µV Signalpegel! (12 dBU = 4V) Und wenn Licht, was eh schon mir 230V und etlichen Ampere funktioniert, mal schnell über die Dimmer ziemliche Sprünge produziert, dann schaffen es gerne mal 100µV bis ins Audio Kabel...
Und meist schafft es etwas mehr ins Kabel, auch gerne mal 0,1V. Und da die Verstärker Gleichtakt oft mit nur 40 dB unterdrücken, werden aus 0,1V Gleichtakt dann 100µV Signal.