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. 

So ein Lautstärkeregler (Potentiometer, kurz "Poti" genannt) ist im Prinzip ein einstellbarer Spannungsteiler, mit einem gewissen Gesamt- und Teilwiderstand, abhängig von der Stellung des Potis.

Am "Eingang" des Potis steht die Gesamtspannung an und am Ausgang eben die sich einstellende Teilspannung. Am "Eingang" des Potis wird der Ausgang eines Gerätes angeschlossen, z.B. RIAA-Vorverstärker, DAC, etc., dessen Ausgangsspannung (Lautstärke) geregelt werden soll, ansonsten würde der Endverstärker das volle Ausgangssignales des angeschlossenen Gerätes abbekommen und die am Endverstärker angeschlossen Lautsprecher, das volle, verstärkte Signal, was im schlimmsten Fall zu Zerstörung dieser führen würde.

Eine Zeit lang war ich der Meinung, alles so einfach wie möglich zu bauen, also so wenig wie möglich Bauteile im Signalweg, so wenig wie möglich aktive Bauteile (in meinem Fall Röhren), weshalb ich zur Eingangsspannungserhöhung für meine Endstufe Eingangsübertrager verwendet habe. Aber auch hier muss eine Lautstärkeregelung erfolgen, die "richtigerweise" auf der Sekundärseite des Übertragers, also am Eingang der Endröhre stattfinden sollte, u.a. weil ein Übertrager gerne eine definierte Last auf der Sekundärseite sieht, um klare Impedanzverhältnisse auf der Primärseite zu erhalten. 

So ein Übertrager arbeitet rein passiv über Transformation der Spannungen, mit dem "Nachteil", das sich Impedanzen von der sekundären Seite auf die primäre im umgekehrt quadratischen Verhältnis darstellen, d.b. z.B. ein 50kOhm Lautstärke auf der Sekundärseite, würde sich bei einem z.B. 1:2 Übertrager (also Verdopplung der Eingangsspannung), mit 4:1 auf der Primärseite "widerspiegeln", also 50kOhm/4=12,5kOhm. Diese stellt die Belastung für das daran angeschlossene Gerät dar.

So weit so gut. Leider gibt der Hersteller von Übertragern noch weitere Werte an die eingehalten werden sollten, wenn man die max. Performance (Frequenzgang, Phase, Verzerrungen) erreichen möchte. So z.B. der Lundahl LL7903, der sekundärseitig mit max. 30kOhm abgeschlossen werden sollte und wenn es geht auch noch mit einem Zobelglied, für bestes Rechteckverhalten.

Aber lassen wir den Eingangsübertrager erst einmal beiseite und widmen wir uns der "normalen" Lautstärkeregelung.

Wo in der Schaltung/Kette ist die optimale Position für eine Lautstärkeregelung?

Dumme Frage, natürlich zwischen Ausgang des Gerätes (RIAA-Vorverstärker, CD-Player bzw. DAC, Radio, Cassettendeck, etc.) und dem Eingang des Endverstärkers bzw. haben s.g. Vollverstärker bereits eine eigene Lautstärkeregelung mit an Bord (des Weiteren noch Klangregler und div. Umschaltmöglichkeiten von Ein- und Ausgängen). Ich frage nur so "dumm" weil ich auch schon eine Lautstärkeregelung am Ausgang eines Vorverstärkers positioniert habe und nicht am Eingang. Das geht auch, nur muss man darauf achten, das die Ausgangsspannung des Vorverstärkers die Spannungsfestigkeit des Potis nicht übersteigt. Die blauen Alps-Potis z.B. werden mit 30VAC angegeben. Wenn man hier Endverstärker im Einsatz hat, die eine deutlich höhere Spannung zu Aussteuerung benötigen (was nicht selten ist), dann handelt man sich hier evtl. wieder Probleme ein. Oft habe ich recht hochverstärkende Endröhren, wie es die EL5070, E55L, 6C45, ECC99 (6N6P) oder EL84 (6P14P, 6P15P) sind, eingesetzt, weshalb ich auch mit max. 10Veff am Eingang ausgekommen bin, aber z.B. die 1626 oder auch 2A3 oder 300B brauchen dann schon ordentlich (30-70Veff) an deren Eingänge.

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 Transistortechnik ganz gut, weil diese meist geringere Innenwiderstände aufweisen. Auch Röhren könnten mit so geringen Werten arbeiten, aber dadurch wird auch die Möglichkeit sie "leistungslos" anzusteuern, wieder ausgehebelt.

Hohe Widerstandswerte/Impedanzen sollen aber auch eher zur Störbeeinflussung neigen. Nicht umsonst hat man sich wahrscheinlich auch damals schon, z.B. bei Röhrenstudiotechnik, auf die 600 Ohm-Technik geeinigt, um auch längere Leistungswege ohne Probleme überbrücken zu können.

Auf der anderen Seite, die damaligen Röhren-"Konsumer"-Geräte, die weniger aufwändig, mit hohen Ein- und Ausgangsimpedanzen, wie z,B. Oma's Röhrenradio, wo Empfänger- neben Verstärkerschaltungen lagen, alles "fliegend" verdrahtet und dennoch hat es funktioniert. Wie gut oder ob es HiFi-tauglich war, steht auf einem anderen Blatt.

Geräte mit hohen Ausgangsimpedanzen benötigen Lautstärkeregler mit noch höheren Widerstandswerten, um sie möglichst gering zu belasten. Man sagt min. 5-10 x höher als die Ausgangsimpedanz des Gerätes, sonst wird der (Amplituden-) Frequenzgang "verbogen", können Verzerrungen entstehen und sich die Phase zu stark "drehen".

Dem Poti liegt am Eingang eben die Ausgangsimpedanz des angeschlossenen Gerätes parallel und am Ausgang des Potis (Schleifer gegen Masse) aber meist auch noch ein Gitterableitwiderstand der folgenden Stufe. Sollte eigentlich kein Problem sein, wenn sich nicht abhängig von der Stellung des Potis, der Eingangswiderstand bzw. die Belastung für das angeschlossene Geräte, weiter verändern würde.

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. einen Gesamtwiderstand von 250kOhm log).

Bei einem Poti-Wert von 250 kOhm, ist letztendlich alles von 250kOhm bis ca. 183kOhm dabei. Für einen Shure M65 RIAA, der aber an seinem Ausgang >=250kOhm sehen möchte sind 183kOhm (bei voll aufgedrehtem Poti) aber schon wieder zu wenig. 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), was aber auch nur gerade mal 200kOhm anstatt ca. 182 kOhm ergibt, 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 noch einen Stereo-Verstärker mit einer ECC99 (6N6P) und einer ECC88 (6N23P) aufgebaut, der mit genügsamen 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 noch momentan zwischen Ausgang der Treiberröhre und Eingang der Endröhre (was auch das blaue Alps-Poti mit seinen 30VAC Spannungsfestigkeit problemlos verträgt, da hier nur ca. 10Veff auftreten) 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 aber für das Thema Phase immer noch zu hoch sein könnte. Bässe könnten dadurch "weich" oder "verwaschen" klingen). Werde dann mal so die Frequenzgänge bei unterschiedlichen Lautstärken messen, ob sich die irgendwie recht verändern.

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 damit jetzt mal den 6N6P-Verstärker 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 20-22.000Hz bleibt das Ganze innerhalb von 3dB. 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").

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