Thema "Lautstärkeregelung"

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11.08.2024

Eigentlich nicht wirklich ein Thema über das man groß und breit reden müsste, werden sich viele denken.

Dachte ich auch, aber mittlerweile wurde ich eines Besseren belehrt. Alleine im Zusammenhang mit Eingangsübertrager, kann das Ganze schnell nach hinten los gehen, aber auch so stellt sich die Frage, wo in der Schaltung/Kette ist die optimale Position für die Lautstärkeregelung, besonders wenn man mit hochohmigen Schaltungen der Altvorderen arbeiten möchte, wie z.B. mit dem Shure M65 RIAA, etc. arbeiten möchte, aber auch mit NOS-DAC's, die mit dem TDA1543 bzw. 1545A aufgebaut sind und keine aktive Ausgangsstufe besitzen, also "hochohmiger" arbeiten?

Die Art oder Qualität der Regelung soll erstmal nicht betrachtet werden.

Damals, zur Hoch-Zeit der Röhre, hatten die Regler (Lautstärke, Klang oder Loudness) selten weniger wie 1 MegaOhm, heute hingegen gilt 100kOhm schon als hochohmig. 100kOhm und weniger funktioniert bei der Transistortechnik ganz gut, weil diese meist geringere Innenwiderstände aufweisen. Auch Röhren könnten mit so geringen Werten für den Lautstärke arbeiten, aber dadurch wird auch die Möglichkeit, "leistungslos" gesteuert zu werden, wieder ausgehebelt.

Hohe Widerstandswerte sollen eher zur Störbeeinflussung neigen. Nicht umsonst hat man sich wahrscheinlich auch damals schon, z.B. bei Röhrenstudiotechnik, auf die 600 Ohm-Technik geeinigt?

Auf der anderen Seite die "Konsumer"-Geräte, z.B. die von Röhrenradios. Alles fliegend aufgebaut viele hohe Widerstandswerte, Empfänger- neben Verstärkerschaltungen und dennoch hat es funktioniert. Wie gut oder ob es HiFi-tauglich war, steht auf einem anderen Blatt.

RIAA-Vorverstärker, deren Schaltungen recht hohe Ausgangsimpedanzen haben (>20kOhm), benötigen aber, wenn bereits am Ausgang die Lautstärke geregelt werden soll, deutlich geringe Belastungen (hohe Widerstandwerte) für den Lautstärkeregler, ansonsten wird der (Amplituden-) Frequenzgang "verbogen" und die Phase.

Erst kürzlich gemachte Messungen, u.a. mit dem Shure M65 Clone, haben das deutlich gezeigt. Hier leidet mit zunehmender Last (geringerem Widerstand) der Bassbereich (pink=470kOhm, grün=235kOhm, lila=ca.144kOhm). Die vom Hersteller angegebenen 5kOhm Ausgangsimpedanz, kann so nicht ganz stimmen, selbst wenn man sich an die "Regel" halten würde, einen 5-10x höheren Widerstandswert als Last zu wählen, um eben den Einfluss gering zu halten. Wie es dabei mit der Phase aussieht, noch nicht einmal betrachtet.

Die 144kOhm Last am Ausgang stellt immer noch die ca. 29-fache der Ausgangsimpedanz dar und erreicht gerade mal bei 25Hz noch die +/- 1,5db. Gar nicht auszumalen, wie weit das noch im Bassbereich absinkt, bei nur 50kOhm Last (das 10-fache der Ausgangsimpedanz). Der Hochtonbereich scheint dabei weit weniger beeinflußt zu werden. Das lt. Hersteller dann auch noch die Höhen ab 10.000Hz bis zu 3dB angehoben werden, macht die ganze Sache (heutzutage) nicht besser.

Auch bei Verwendung von Eingangsübertragern hat sich das Verhalten gezeigt und obwohl ich extra dafür RIAA-Vorverstärker mit niedriger Ausgangsimpedanz gebaut hatte (<2kOhm), wurden diese immer noch noch stark beeinflusst.

Momentan hab ich eben den RIAA-Vorverstärker Shure M65 Clone und einen 1xTDA1545A DAC, einen separaten Line-Vorverstärker und eine separate Endstufe in Betrieb. Der Lautstärkeregler (100kOhm log) ist ebenfalls separat, so das ich ihn jederzeit woanders in der Kette positionieren könnte. Bei mir ist er momentan am Ausgang des Line-Vorverstärkers. Hier richtet er meiner Meinung nach momentan am wenigsten "Unheil" an. Der Line-Vorverstärker ist mit einer 6N6P (ECC99) aufgebaut und hat ca. 4kOhm Ausgangsimpedanz und eine ca. 10-fache Verstärkung (Kathodenwiderstand nicht mit Kondensator überbrückt). Aber auch hier gilt immer das Gleiche, das die Last für z.B. die 4kOhm Ausgangsimpedanz min. 5-10x höher sein sollte, damit so wenig wie möglich beeinflußt wird. Also sollte dafür der Lautstärkeregler 20kOhm (5x) oder besser 40kOhm (10x) haben. Dann sind die "scheinbar" 100kOhm ok, wenn da nicht auch noch der Gitterableitwiderstand am Eingang des Verstärkers liegen würde. Der beträgt bei der EL5070 Endstufe nämlich z.B. nur "geringe" 100kOhm (s. max. Rg Röhrendatenblatt). Wie sich der Potiwert (je nach Stellung) im Zusammenhang mit dem Gitterableitwiderstand der folgenden Stufe, gegenseitig beeinflussen und sich sogar auf den Widerstandswert am Eingang des Potis auswirkt, soll u.s. Tabelle beispielshaft zeigen. Das ist man nämlich schnell bei nur noch 80kOhm am Eingang des Potis, was das daran angeschlossene Gerät dann verkraften muss.

Ich denke aber daran nochmal andere Verstärker aus zu probieren, die dann überwiegend 2-stufig aufgebaut sein werden. Das was ich momentan verwende (ein Line-Vorverstärker, Lautstärkeregler und Endverstärker (der bei mir halt nur aus einer Röhre (EL5070) besteht) ist aber im Prinzip auch nichts anderes als ein 2-stufiger Verstärker, nur soll dann eben der Lautstärkeregler wieder am Eingang der Treiberröhre liegen, wo dann der M65 Clone und der DAC angeschlossen sind.

Wenn ich aber das Poti zwischen den Stufen belassen möchte, aber warum auch  immer höher  verstärken müsste, um die Endröhre auszusteuern, dann wären die bisher verwendeten blauen Alps-Potis mit max. 30VAC evtl. nicht mehr geeignet. Also müsste mit Alps-Potis dieses dann auf jeden Fall wieder an den Eingang der Treiberröhre, wo mit deutlich geringeren Spannungen gearbeitet wird.

Mit anderen Röhren, die jetzt nicht so hoch verstärken wie z.B. die EL5070 oder 6C45, brauche ich auf dann auf jeden Fall eine Treiberröhre die höher verstärkt, als es momentan mit der 6N6P möglich ist (gerade mal ca. 10-fach, Kathodenwiderstand nicht mit Kondensator überbrückt), um z.B. den Shure M65, mit seinen gerade mal 0,5V (500mV) Ausgangsspannung, ausreichend hoch zu verstärken, um die Endröhre aus- bzw. übersteuern zu können. Die optimale Belastung (linearster Frequenzgang) für den M65 liegt laut obigem Frequenzschrieb irgendwo zwischen 250-470kOhm (also nehme ich an, wenn man wieder die Faustformel "5-10-fach" hernimmt, das dessen Impedanz irgendwo bei ca. 50 kOhm liegt (kann man aber auch ausrechnen oder messen, z.B. wie aus dem aus dem Buch "Röhrenverstärker einfach und effektiv vermessen", von Dominic Melischko. 1kHz Signal am Eingang anlegen, Spannung am Ausgang unbelastet messen. Dann hochohmigen, regelbaren Widerstand am Ausgang anschließen und solange reduzieren bis die Spannung nur noch die Hälfte der unbelasteten beträgt. Widerstand des Potis messen. Dieser entspricht dann der Ausgangsimpedanz).

Für den 1x1545A DAC, mit seiner dagegen geringen ca. 2,7kOhm Ausgangsimpedanz, sind Werte >250kOhm kein Problem (hier dürfte der untere Wert sogar noch deutlich unter 50 kOhm liegen).

Einem Poti liegt aber dann ausgangsseitig (Schleifer) eben noch ein Gitterableitwiderstand am Eingang des Verstärkers parallel (den sollt man sicherheitshalber auch nicht weglassen, nicht das sich der Schleifer des Potis mal von der Widerstandsband "abhebt" oder die Widerstandbahn irgendwann dann mal durchgeschliffen ist). 

Hier mal eine Tabelle welche Gesamtwiderstände (R Gesamt) das vorgeschaltete Gerät als Last sieht, wenn z.B. ein Gitterableitwiderstand (680kOhm) parallel zum Teilwiderstand des Potis (Schleifer)  liegt (Poti hat hier z.B. 250kOhm log).

Bei einem Poti-Wert von 250 kOhm, ist letztendlich alles von 250kOhm bis ca. 183kOhm dabei. Für eine Shure M65, der aber an seinem Ausgang >=250kOhm sehen möchte sind 183kOhm aber schon wieder zu wenig und das bei voll aufgedrehten Regler (max. Lautstärke). Bei geringen Lautstärken geht auch die Beeinflussung zurück und man könnte argumentieren, dass das Ohr dann eh unempfindlicher wird, aber richtig ist es deswegen noch lange nicht.

Gut, man könnte den Gitterableitwiderstand bis auf 1MOhm vergrößern (wäre lt. Datenblatt auch das max. für z.B. eine ECC88 oder auch ECC83), aber weil das Poti eh immer parallel dazu liegt, ergibt das gerade mal 200kOhm anstatt ca. 182 kOhm, was für den M65 aber noch immer zu gering wäre. Ich brauche hier also auf jeden Fall ein 500kOhm Poti und hätte dann auch wieder etwas mehr Spielraum mit geringeren Gitterableitwiderständen.

Hab jetzt "schnell" einen Stereo-Verstärker mit einer ECC99 (6N6P) und einer ECC88 (6N23P) aufgebaut, der mit ca. 500mV am Eingang, ca. 1W/8 Ohm am Ausgang liefert (werde hier vielleicht noch eine ECC83 bzw. 6N23P einsetzen, um noch empfindlicher zu werden). Das Poti (250kOhm) liegt momentan zwischen Ausgang der Treiberröhre und Eingang der Endröhre und der Koppel-Kondensator wurde so bemessen (0,1µf), das beim niedrigstem Gesamt-Widerstandswert (183kOhm) noch eine untere Grenzfrequenz von ca. 9Hz erreicht wird (was für das Thema Phase aber immer noch zu hoch sein könnte. Bässe könnten "weich" oder "verwaschen" klingen). Bei einem 1kHz Signal am Eingang liegt nach dem Kondensator (vor dem Poti) ca. 7-8VAC an. Werde dann mal so die Frequenzgänge bei unterschiedlichen Lautstärken messen, ob sich die irgendwie recht verändern.

Bei so geringen Steuerspannungen (7-8VAC) kann ich die Alps noch bedenkenlos einsetzen. Anders sieht es vielleicht aus, wenn 30, 60 oder 100V benötigt werden, um die Endröhre auszusteuern, z.B. wie vor Kurzem gedacht, einen Verstärker mit der 6AS7 aufzubauen, die nur eine Verstärkung von 2 hat. Hier hätte ich je nach Arbeitspunkt und Übertrager zwischen 40-70V Steuerspannung benötigt. Bei der ECC99 bzw. 6N6P, die eine Verstärkung von 20 hat oder auch eine EL84, komm ich mit 6-9V aus. Die 6C45 oder EL5070 benötigen nochmals weniger (2-4V). Leistungsausbeute bei solchen Röhren hält sich halt auch in Grenzen (max. 2W). Mit gleichspannungsgekoppelten Stufen funktioniert ein Poti zwischen den Stufen wahrscheinlich dann nicht mehr, weil Potis Gleichspannung normalerweise mit Kratzen bestätigen, aber auch weil bei Gleichspannungskopplung die Spannungen des Arbeitspunktes der Röhre (und bei Aussteuerung steigen diese auch noch an) am Poti anliegen.

Von Alps (hier in Deutschland) scheint es aber keine höheren Werte mehr wie 100kOhm log zu geben (für ein Stereopoti werden mittlerweile ca. 15 Euro und mehr abgerufen), also hab ich mich auf die Suche gemacht und bin bei Gitarren-Zubehör fündig geworden. Hier geht es sogar noch bis 1MOhm. Über die Qualität kann ich noch nichts sagen, hab mir aber mal unterschiedliche bestellt, die mit 1,50-5€ (Mono) noch bezahlbar sind.

Hab jetzt mal den 6N6P-Verstärker an geschmissen und gemessen. Wie zu erwarten tut sich da bei den unterschiedlichen Lautstärken nicht viel. Messen konnte man eh nur bei den unteren Lautstärken, sonst hat die Soundkarte (ohne weiteren Spannungsteiler) übersteuert. Innerhalb von 3dB bleibt das Ganze, von ca. 22-22.000Hz. Also war die Kalkulation mit der unteren Grenzfrequenz soweit ok.

Eingefallen ist mir aber auch noch, das es doch besser wäre am Eingang des Verstärkers zu regeln, nicht das bereits die Treiberröhre durch ein zu hohes Eingangssignal übersteuert werden kann, falls man mal einen CD-Player, etc. direkt anschließen würde und weil ich doch den Eingang noch empfindlicher machen wollte. Denke mit 500kOhm log Potis sollte ich gut hinkommen. Ob so ein hoher Wert dann wieder Tür und Tor für Störungen öffnet, wird sich zeigen (tut es, siehe Post "Nochmal mit der ECC99, als Verstärker, gespielt").

Mal schnell auf 6N2P (ECC83) und den Arbeitspunkt der 6N6P (ECC99) zu höheren Spannungen und niedrigerem Strom umgebaut (Rk=610 Ohm, ca. 9,5V Uk). Bei 400mV kommen jetzt ca. 1,1W raus, bei einer Anodenverlustleistung im AP von 4W. Das ist das maximale was jede Triode im gemeinsamen Glaskolben, bei gleichzeitigem Betrieb haben darf. Ob das die Röhre dennoch frühzeitig schädigt ist fraglich. Einzeln betrieben und das andere System dann deutlich geringer belastet, z.B. als Treiber, könnte eine Hälfte 4,8W. 

Vielleicht kann ich noch etwas höher gehen mit der Anodenspannung, die mit ca. 260V aber schon recht hoch ist, dafür den Strom noch etwas reduzieren? Man sagt, das eher zu hoher Strom die Kathode frühzeitig verbrauchen lässt, als zu hohe Spannung. 

Man soll nicht glauben auf was man alles achten "sollte"!