PYE HF25 Röhrenverstärker

Ein Kunde hatte ein Paar PYE HF25 Röhrenverstärker erstanden, die er mir zur Untersuchung vorbeibrachte. Diese Verstärker aus den späten 1950er Jahren wurden im Internet angepriesen als «…absolut seltene, wunderbar klingende Röhrenendstufen, in einem guten Zustand! mit einigen, normalen leichten Gebrauchsspuren, technisch voll funktionsfähig…». Nun ja, ich gebe zu, es kam Musik raus. Der eine Monoblock hatte leider eine Tendenz zum «Motorboating» und hatte einen sehr eingeschränkten Frequenzgang. Beide Endstufen waren oberhalb des Hörbereichs instabil.

Es war von Anfang an klar, dass die Endstufe im Laufe der Zeit verschiedentlich modifiziert wurde. Zum einen wurde eine geregelte Gleichspannung für die Röhrenheizungen eingebaut und andererseits wurde eine Einschaltverzögerung für die B+ Spannung nachgerüstet. Beides sind technisch sinnvolle Anpassungen. Ich habe diese beibehalten, auch wenn sie optisch nicht so recht zu der Ausstrahlung der 60 Jahre alten Geräte passen wollen.

Weiter wurden im Zuge der früheren Modifikationen Volume-Potis in die Endstufen eingebaut. Diese bewirkten im Zusammenspiel mit den Eingangskondensatoren allerdings eine störende Filterwirkung im hörbaren Frequenzbereich. Da der Nutzen dieser Potis in den Endstufen sowieso begrenzt war, habe ich diese wieder aus der Schaltung entfernt. Auch die restliche Audio-Schaltung wurde im Laufe der Jahre neu aufgebaut. Dabei wurden teilweise leider falsche Bauteile eingesetzt, und die Schaltung war stellenweise sogar falsch verdrahtet.

Nachdem alle Fehler in der Audioschaltung gefunden und behoben waren, war kein Anflug von Oszillationen oder anderen Instabilitäten mehr zu erkennen. Die 60 Jahre alten Endstufen zeigten jetzt beeindruckende Messwerte: der Frequenzgang läuft wie mit dem Lineal gezogen von <2 Hz bis 85 kHz, und transiente Testsignale werden sehr sauber wiedergegeben.

Viel wichtiger war aber der Hörtest. Die PYE HF25 klingen sehr sauber und unangestrengt, ganz ohne «Schönfärberei» wie sie bei Röhrenverstärkern häufig anzutreffen ist. Die PYE HF25 bieten feinen Röhrenklang und gleichzeitig kontrollieren sie die Lautsprecher sehr gut. Ich hatte die PYE HF25 zum Hörtest an relativ kleinen und unempfindlichen Lautsprechern angeschlossen, die typischerweise nicht als «röhrenfreundlich» gelten – und dennoch waren die PYEs meinen Class-D Endstufen im Bass ebenbürtig.

Schade, muss ich diese beiden KT66-Endstufen wieder zurückgeben!

Saubere Energie für den Honey Badger

Den Honey Badger Verstärker habe ich mit einem kräftigen Netzteil ausgestattet, welches ich mit soliden 35-A Gleichrichtern aufgebaut habe. Diese Gleichrichterdioden schalten den Ladestrom für die Pufferkondensatoren allerdings sehr «scharf» ein und wieder aus. Jeder Schaltvorgang führt im Zusammenspiel mit dem Netztrafo zu einer kurzen, aber heftigen und hochfrequenten Oszillation, die sich als unerwünschte Störung in der Gleichspannung äussert.

Hochfrequente Störung am Netzteil-Ausgang, welche durch die Wechselwirkung von Gleichrichterdioden und Netztrafo verursacht wird.

Diese Störungen in der Versorgungsspannung können die Klangqualität des Verstärkers beeinträchtigen, und sollten deshalb vermieden werden. Dazu können spezielle Gleichrichterdioden verwendet werden, die besonders sanft ein- und ausschalten und so die hochfrequenten Oszillationen am Netztrafo weniger stark anregen. Die Erfahrung zeigt aber, dass die Verwendung eines «Snubbers» mit konventionellen Gleichrichterdioden günstiger und vorallem auch effektiver ist. Dabei werden die Oszillationen durch eine Serienschaltung aus einem Widerstand (R) und einem Kondensator (C) so stark gedämpft, dass diese gar nicht erst entstehen können. Ein passend ausgelegtes RC-Glied («Snubber-Netzwerk») vermeidet die Störungen somit vollständig, wie das untenstehende Bild zeigt.

Netzteil-Spannung, dank Snubber ohne Störspitzen.

Die Klangverbesserung durch die «Snubber-Spannungsreinigung» ist subtil, aber dennoch gut nachvollziehbar. Der Klang wird angenehmer und scheint auf einem ruhigeren Hintergrund aufzubauen.

Der Honey Badger läuft!

Wie bereits angekündigt entsteht in der HiFi-Bau-Werkstatt gerade ein «Blameless-Verstärker». Konkret geht es hier um den «Honey Badger Amp», der unter der Leitung von Peter Vogel (ostripper) und der Mitwirkung der diyAudio-Community entwickelt wurde. Das Ergebnis dieser Community-Entwicklung ist ein wohldurchdachter, kräftiger Verstärker mit einer sehr guten Performance.

In der HiFi-Bau-Werkstatt wurden gerade zwei Stereoverstärker aufgebaut. Diese sollen in einem Aktiv-Lautsprechersystem zu Einsatz kommen. Die Konstruktion ist bereits abgeschlossen und die Verstärker haben die ersten Funktionstests erfolgreich hinter sich gebracht.

Das Doppelmono-Netzteil. Pro Kanal stehen üppige 100’000 µF Speicherkapazität zur Verfügung.

Eines der vier Honey-Badger Verstärkermodule beim Abgleich.

Einer der beiden fertigen Stereo-Verstärker (mit abgenommenem Deckel).

Es köchelt…

Zur Zeit köcheln verschiedene Projekte und Entwicklungen vor sich hin. Zunächst wurde ein «Transformer Volume Control» (TVC) entwickelt und in den DDDAC eingebaut. Die Lautstärke wird dabei über 27 Signalrelais eingestellt, die von einem Arduino-Mikrokontroller gesteuert werden.

tvc_board

Leider hat sich die ABACUS-Aktivweiche nicht mit dem TVC vertragen, und musste darum grundlegend überarbeitet werden (um nicht zu sagen «sie wurde ersetzt»). Diese Arbeiten haben einige Zeit beansprucht, haben sich aber sehr gelohnt: zwischen den DAC-Chips des DDDAC und dem Eingang der Aktivweiche liegt jetzt nur noch der TVC. Kein Potentiometer oder irgendein anderes Bauteil kann jetzt noch am Klang drehen!

Nachdem der TVC mit der neuen Aktivweiche perfekt funktioniert, geht es jetzt ans nächste Projekt, das schon seit längerem geplant ist: ein «Blameless» Verstärker! Die Boards für den ersten Verstärker sind (fast) fertig gelötet, es fehlen nur noch wenige Bauteile. In den nächsten Schritten wird das Netzteil und das Gehäuse aufgebaut.

hb_20161217

Küchenradio

Ohne Küchenradio kann man nicht gut kochen. Das Tivoli One war zwar schön, aber der Radioempfang war dürftig. Um entspannt zu kochen, wurde das Tivoli zu einem Internet-Radio umgebaut. Ein Raspberry Pi kümmert sich jetzt per WLAN um den perfekten und unkomplizierten Empfang von Radiosendern aus aller Welt. So kocht es sich gleich viel besser!

radio

Analoges Aktivfilter für die Aurichal (AAA)

Die Aktivfilter für die Aurichal wurden zunächst mittels eines HifiAkademie-DSPs entwickelt. Damit lassen sich die Filtercharakteristika sehr einfach und flexibel per Mausklick einstellen, was mit einer analog aufgebauten Filterschaltung unmöglich ist. Der Nachteil ist, dass ein analog-digital Wandler und dann nochmal ein digital-analog Wandler im Signalweg liegen. Meine Ohren waren diesbezüglich schon bei früheren Projekten etwas skeptisch – aber bei der Qualität der Aurichal war es offensichtlich: die A/D- und D/A-Wandler sind nicht gut für den Klang. Ein sicheres Indiz für den negativen Einfluss der A/D- und D/A-Wandler war die beschränkte «Langzeit-Tauglichkeit». Nach längeren Hörsitzungen kam immer der Wunsch auf, eine Pause einzulegen, obwohl die tonale Abstimmung keinerlei Wünsche offen liess.

abacus

Wie von Anfang an geplant wurden also die DSPs mit einem analogen Aktivfilter ersetzt. Die Firma Abacus Electronics war dabei sehr hilfreich, weil sie quasi eine analoge «Kopie» der DSP-Filter hergestellt haben. Im Messdiagramm unten sieht man, dass die analogen Abacus-Filter quasi identische Filtercharakteristika wie das für die Aurichal optimierte DSP-Filter aufweisen. Chapeau!

Transferfunktionen der Aurichal-Aktivfilter: DSP (schwarze Kurve) vs. Abacus-Analogfilter (links und rechts: rote und blaue Kurven).

Transferfunktionen der Aurichal-Aktivfilter: DSP (schwarze Kurve) vs. Abacus-Analogfilter (links und rechts: rote und blaue Kurven).

Klanglich ist das Analogfilter eine Offenbarung! Die tonale Abstimmung ist identisch wie beim DSP-Filter, aber die Auflösung ist viel besser, der Klang löst sich noch besser von den Lautsprechern, und das Musikhören gestaltet sich mit den Analogfiltern vollkommen ermüdungsfrei!

KT88-Röhrenverstärker zur Reparatur

Bei diesem KT88-Röhrenverstärker der Firma Ritter sind beim Verkabeln die Anschlüsse der Hochspannungen durcheinander geraten. Das hat zu einigen Funken und etwas Rauch geführt, und das Netzteil war kaputt. Der Kunde hat seinen Verstärkeraufbau zur Reparatur vorbeigebracht. Nach einigen Tests wurden Ersatzteile bestellt, um in den nächsten Tagen die Spannungsversorgung zu reparieren.

Ritter KT88-Röhrenverstärker zur Reparatur

Ritter KT88-Röhrenverstärker zur Reparatur

Treiber und Filter: Nur das beste vom besten für die Aurichal!

Für die Aurichal wird nur «das beste vom besten» verwendet: Der ScanSpeak Hochtöner D3004/6640 mit Beryllium-Membran, die ATC SM75-150 Mitteltonkalotte (wegen ihrem Aussehen auch liebevoll «Bärennase» genannt), und der ScanSpeak Revelator Tieftöner 22W/8851T00.

Hochöner Scan-Speak D3004/6640

Hochtöner Scan-Speak D3004/6640

Mittelönter ATC SM75-150

Mitteltöner ATC SM75-150

Tieftöner Scan-Speak 22W/8851T00

Tieftöner Scan-Speak 22W/8851T00

Um die Qualitäten dieser phantastischen Treiber voll auszuschöpfen, muss die Frequenzweiche optimal ausgelegt sein. Die Trennung von Mittel- und Hochtöner geschieht bei der Aurichal mit schlichten Filtern erster Ordnung (6 dB/Oktave), mehr braucht es dank den herausragenden Qualität der verwendeten Treiber nicht. Gleichzeitig können diese Filter mit nur einem einzigen Bauteil im Signalpfad aufgebaut werden. So können an dieser Stelle sehr hochwertige und verlustarme Bauteile verwendet werden, ohne die Kosten für die Frequenzweiche explodieren zu lassen. Zudem ermöglichen Filter erster Ordnung eine zeitrichtige Schalladdition im Übernahmebereich der Frequenzweiche, was der naturgetreuen Schallwiedergabe sehr förderlich ist (mehr dazu in den technischen Unterlagen der AOS Studio 24).

Schaltbild der Mittel- / Hochton-Frequenzweiche für die Aurichal

Schaltbild der Mittel- / Hochton-Frequenzweiche für die Aurichal

Für die korrekte Funktion der Filter müssen unbedingt die Impedanzspitzen bei der Resonanz der Hoch- und Mitteltöner kompensiert werden. Zudem steigt die Impedanz des Mitteltöners zu hohen Frequenzen an, was dem Hochpass des Mitteltöners entgegen wirkt und deshalb ebenfalls kompensiert werden muss. Die folgende Figur zeigt, dass beim Mitteltöner ohne Impedanzkorrektur eine Überhöhung des Frequenzgangs bei 300–800 Hz auftreten würde, und die Dämpfung des Filters oberhalb von 3 kHz ungenügend wäre.

Wirkung der Impedanzkorrektur für den ATC SM75-150 Mitteltöner in der Aurichal

Wirkung der Impedanzkorrektur für den ATC SM75-150 Mitteltöner in der Aurichal

Impedanzkorrekturglieder für die Mittel- und Hochtöner der Aurichal

Impedanzkorrekturglieder für die Mittel- und Hochtöner der Aurichal

Im Bass sieht die Situation komplizierter aus:

  • Der 22W/8851 Tieftöner würde in dem Gehäuse der Aurichal zwar eine blitzsaubere Abstimmung nach Thielle-Small abliefern, aber der Tiefbass unterhalb von 55 Hz wäre unterbelichtet. Um den Tiefbass um ungefähr eine Oktave nach unten zu erweitern, wird ein Aktivfilter mit einer Linkwitz-Transformation benötigt.
  • Der Schallpegel des ATC Mitteltöners fällt unterhalb von 400 Hz mit 12 dB/Oktave ab. Zudem benötigt der Mitteltöner ein Hochpassfilter, weil tieffrequente Signale zu starken Verzerrungen führen würden. Dieses Hochpassfilter (mit einer Steilheit von 12 dB/Oktave) führt in der Summe zu einem Pegelabfall von 24 dB/Oktave. Entsprechend muss auch das Hochpassfilter für den Tieftöner eine Steilheit von 24 dB/Oktave aufweisen, um eine perfekte Schalladdition im Übernahmebereich von Tief- und Mitteltöner zu erreichen.
  • Der Tieftöner hat einen geringeren Wirkungsgrad als die Mittel- und Hochtöner. Der Pegel des Tieftöners muss zudem zusätzlich angehoben werden, um den «Baffle-Step» auszugleichen – ein akustisches Phänomen, wobei die ungerichtete Schallabstrahlung im Bassbereich (4π) in eine nach vorne gerichtete Abstrahlung (2π) übergeht. Bei der Aurichal findet dieser Übergang bei ungefähr 400 Hz statt, und würde zu einem Pegelunterschied zwischen Bass und Mittel-Hochtonbereich führen. Entsprechend muss der Schallpegel des Tieftöners gegenüber dem Mittel-Hochtonbereich insgesamt um 6–7 dB angehoben werden.

Diese Filterfunktionen lassen sich nicht in guter Qualität als Passivfilter aufbauen, weil die nötigen Bauteile gerade im Bassbereich sehr grosse Signal- und Klangverluste bedingen würden. Entsprechend wird die Frequenzweiche zwischen Bass und Mitteltöner als Aktivfilter aufgebaut. Die Filterfunktionen wurden zunächst mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) umgesetzt, womit die Filter sehr flexibel und schnell eingestellt und verändert werden können. Die passenden Filterfunktionen für die Aurichal sind im folgenden Diagramm gezeigt. In Zukunft werden die DSP-Filter durch hochwertige, analog aufgebaute Elektronik ersetzt.

Filterfunktionien der DSP Filter für die Aurichal

Filterfunktionien der DSP Filter für die Aurichal