Netzteile
Schlecht konzipierte Netzteile in den Geräten verhalten sich oft wie der Elefant im Porzellanladen. Vor allem bei Endstufen verwendet man oft harte Trafos und grosse Sieb-Elkos, um eine starke und stabile Stromversorgung zu erhalten. Da die Elkos beim Betrieb voll aufgeladen sind und bei Belastung die Spannung zwischen den Halbwellen-Spitzen nur wenig absinkt, muss nur immer ganz wenig aufgeladen werden, wofür nur die äussersten "Höcker" der vom Trafo kommenden Spannungsamplituden verwendet werden können. Diesen Höckern steht jedoch nur eine sehr kurze Zeit zur Verfügung, um die Speisespannung an den Elkos hinaufzudrücken, sodass sehr hohe und sehr kurze Stromimpulse im 100 Hz Takt entstehen. Ausser der Neigung zum Sirren werden beachtliche elektromagnetische Pulse erzeugt, noch verstärkt durch Wechselwirkung der Ströme zwischen Trafo Gleichrichter und Elko. Die Trafos selbst erzeugen ebenfalls elektromagnetische Störungen.
Netzteile sollten deshalb örtlich von der empfindlichen Audio-Elektronik getrennt, oder sehr gut abgeschirmt sein. Besser als harte Netzteile wären weichere Trafos mit anschliessender Spannungsstabilisierung. Schlechte Netzteile verursachen auch noch Potentialdifferenzen bei den Geräten, welche schlussendlich zu Ausgleichsströmen (Erdschleifen) zwischen Geräten über die Interconnect Kabel führen.
Schaltnetzteile sind wegen der hohen Frequenzen, elektromagnetischen Abstrahlungen und Störungen in der Ausgangsspannung nicht unproblematisch. Es gibt aber heute Hersteller, welche die Probleme im Griff haben und sehr gute Schaltnetzteile bauen.
Bei konventionellen Netzteilen ist der Ringkerntrafo sehr beliebt. Er kann für hohe Leistungen hergestellt werden und besitzt gute Eigenschaften, wie geringes elektromagnetisches Streufeld, geringe Verluste, geringer Leerlaufstrom, guter Wirkungsgrad, etc. Der Ringkerntrafo ist hart und kann somit die bei Netzteilen geforderten hohen Stromspitzen liefern. Bei Ringkerntrafos liegen Primär- und Sekundärwicklungen übereinander und sind somit kapazitiv mehr oder weniger gekoppelt. Netzstörungen gelangen deshalb relativ gut ins Gerät.
Für High-End Geräte setzen einige Hersteller bereits die neuen R-Core Trafos ein. Dieser Typ verfügt über eine exzellente elektrische Qualität, ein sehr geringes elektromagnetisches Streufeld, brummt sehr wenig, rauscht nicht und hat einen ausgezeichneten Wirkungsgrad. Zudem sind die Wicklungen örtlich und somit kapazitiv getrennt und weisen deshalb eine gute Filterwirkung gegenüber Netzstörungen auf. R-Core Trafos sind zurzeit nicht für hohe Leistungen erhältlich und werden deshalb anscheinend nicht in Endstufen eingesetzt.
Schnelle Soft Recovery Gleichrichterdioden verringern unnötige, zusätzliche Stromspitzen und unerwünschte Interaktionen zwischen Trafo und Siebelko. Bei diesem Thema ist man sich wenigstens einig. Diskussionen gibt es jedoch über speziell gut bis phänomenal klingende Elkos. Für den Klang berühmte Elkos bewegen sich allerdings in höheren Preisklassen.
Audiosignale
Audiosignale reagieren äusserst empfindlich auf die verschiedensten Störungen. Wenn es schon Kabelhersteller gibt, welche ihre Interconnect Kabel aus monokristallinem Kupferleitern herstellen, um dem Strom die vielen "Sprünge" zwischen den Kristallen zu ersparen, muss man sich auch fragen, wie die Signale mit anderen, aus dieser Sicht unzulänglichen Leitern und Verbindungsstellen klar kommen. Die unzähligen Lötstellen in einer Audio Elektronik müssen ja für die empfindlichen Signale ein Gräuel sein. Lötzinn ist ja etwa das Schlimmste, was einem Audiosignal widerfahren kann. Da ist es wie ein Wunder, dass hoch komplexe Audioelektronik mit massenhaft Lötstellen doch noch so gut klingen kann. Ed Meitner hatte aus diesem Grund anscheinend auch Indium Lötzinn verwendet.
Endstufen
Die Aufgabe der Endstufe ist es, das schwache Eingangssignal, welches vom Vorverstärker angeliefert wird, zu verstärken und damit die Lautsprecher zu betreiben. Ausser Röhren werden dazu bipolare Transistoren und Feldeffekttransistoren benutzt. Ein bipolarer Transistor wird mit Strom in die "Basis" angesteuert und verstärkt diesen gemäss seines Verstärkungsfaktors im Leistungspfad zwischen "Emitter" und "Kollektor". Als Emitterfolger geschaltet, kann er als letzte Instanz als reiner Stromverstärker wirken und eine straffe Anbindung des Lautsprechers erreichen. Der Feldeffekttransistor (FET) wird durch eine Spannung am "Gate" angesteuert, welche den Innenwiderstand des Transistors im Leistungspfad, zwischen "Drain" und "Source" verändert.
Bei Endstufen werden manchmal MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) eingesetzt. So bestückte Endstufen klingen entspannt und ruhig, während Endstufen mit bipolaren Transistoren manchmal zu etwas Härte neigen. Obwohl man es nicht hört, rauschen bipolare Transistoren mehr als FET. Im High-End Bereich fallen solche Unterschiede aber oft weniger ins Gewicht, als das Gesamtkonzept der Schaltung. Man müsste im Leistungsteil der Endstufe die Eigenschaften eines kleinen, präzisen, bipolaren Treibertransistors mit FET kombinieren, um die Vorteile beider Technologien zu vereinen.
Digital arbeitende Class D Endstufen, welche in früheren Zeiten Mühe mit der Klangqualität hatten, sind heute ausgereifter und verbreiten sich immer mehr. Man muss sich aber vor Augen halten, dass digitale Signale zerhackt und eckig daherkommen und es gut durchdachte Schaltungen braucht, um solche Signale dermassen zu glätten, dass sie einem audiophilen Klang gerecht werden. Früher war man der Meinung, das sei kein Problem, denn das menschliche Ohr könne Störungen im höheren Frequenzbereich eh nicht mehr hören. Hören nicht, das stimmt, aber subjektiv empfinden wir solche unreinen Signale eher als rauh als entspannend. Die erste Generation von CD-Playern war ein gutes Beispiel für solche Fehleinschätzungen. Allerdings verursachen solche Endstufen ähnlich wie Schaltnetzteile hochfrequente Störungen.
Lautsprecher
Lautsprecher sind immer ein Kompromiss und deshalb umso teurer, je besser der Kompromiss.
Eigentlich sollte ein Lautsprecherchassis keine kleineren Wellenlängen abstrahlen müssen, als dessen Membran-Durchmesser und keine grösseren, als dessen Membran-Umfang. Das würde heissen, der ideale Frequenzbereich wäre etwa 1:3. Wollte man diese Regel einhalten, würde man eine 7-Wege Box mit riesigen Tieftönern erhalten. Andererseits weiss man, dass die Frequenzweichen immer Phasenverschiebungen verursachen. Es gibt Frequenzweichen verschiedener Ordnung, das heisst, mit weichen oder harten Übergängen und mit verschiedener Charakteristik.
Zudem sollten alle Töne idealerweise vom selben Punkt kommen, damit sie den Höher gleichzeitig erreichen. Das hat man zu früheren Zeiten manchmal mit Koaxial-Lautsprechern versucht, bei denen im Zentrum eines grossen Lautsprechers noch ein kleiner Trichter für die hohen Töne angebracht war. Bei einer Box mit mehreren Lautsprecherchassis sollten besonders Hoch- und Mitteltöner nahe zusammen sein, damit die Töne nicht zu unterschiedlichen Zeiten beim Hörer ankommen, wenn sich seine Ohren nicht gerade auf der Mittelachse der Chassis befinden.
Lautsprecherchassis mit kleinen Membranen reagieren schneller als solche mit grossen Membranen. Das heisst, beim Übergang vom Hoch- zum Mitteltöner kommt der Signalanteil vom Hochtöner etwas früher beim Hörer an. Dieser Effekt ist nur bei hohen Frequenzen relevant. Deshalb sieht man manchmal Lautsprecherboxen mit etwas zurückgesetztem Hochtöner.
Hochtöner haben meist das Problem, dass sie zu hart tönen, Mitteltöner verfärben und Tieftöner sind zu klein.
Ein physikalisches Problem beim Tieftöner ist die Ankopplung der Membran an die Luft. Bei diesen Frequenzen sollte die Luft durch eine grosse Fläche (Membran) angeregt werden. Man kann sich das bildlich mit einem Ruderboot vorstellen: Mit einem sehr schmalen Ruder kann man noch so schnell rudern, man kommt kaum vorwärts. Das Wasser leistet keinen Widerstand und wird nur verdrängt, es gibt kaum Schub.
Wer Wert auf eine saubere und kräftige Tieftonwiedergabe legt und Platz und handwerkliches Geschick hat, sollte mal eine Exponentialbox bauen. Hier wird die Fläche einer normal grossen Tieftonmembran exponentiell stetig vergrössert, bis man eine grosse Austrittsöffnung der Box erhält. Das Prinzip ist dasselbe, wie bei Blasinstrumenten wie der Trompete oder der Tuba. Durch die grossflächige Ankopplung an die Luft, erhält man mit kleiner Leistung eine hohe Lautstärke.
Interconnect-Kabel (Cinch-, RCA, NF-Kabel)
Es ist ein Irrglaube zu denken, dass die Klangqualität durch Kabel nicht beeinflusst werden kann, da jedes Kabel aus Leiter und Isolation besteht und es somit keine Unterschiede geben kann. Das Audio-Signal reagiert äusserst empfindlich auf unvollkommene Signalübertragung.
Folgende Kabel-Faktoren können klangbestimmend sein:
Leitermaterial, Leitergeometrie, Induktivität und Kapazität zwischen den Leitern, Dielektrikum (Isolation), Länge, mit oder ohne Abschirmung, einer oder zwei Innenleiter, Verlegung der Kabel und Störungen von aussen. Zudem ist die Konstruktion und das Material der Stecker klangbestimmend.
Kabel (ohne Stecker)
Das Kabel selbst besteht aus den elektrischen Leitern, der Isolation und ev. einer Abschirmung.
Leiter-Material
Darüber, welches das beste Leitermaterial für die Klangübertragung sein soll, gehen die Meinungen auseinander. Sauerstofffreies (OFC) Kupfer, monokristallines Kupfer, Silber, oder ausgefallene Materialien werden favorisiert.
Der Sauerstoffanteil in normalem Kupfer soll den Klang verschlechtern. Deshalb wird sauerstofffreies Kupfer favorisiert.
Um den Elektronen die Sprünge zwischen den vielen Kristallen zu ersparen, entwickelte man monokristalline Kupferfäden als Leiter in Audio-Kabeln.
Silber hat die beste Leitfähigkeit aller Leiter und wird aus diesem Grund favorisiert.
Viele bevorzugen den Klang mit Kupferkabeln, andere den Klang mit Silberkabeln, etc. Dabei wird vergessen, dass auch andere Faktoren, wie Isolation, Kabel-Konstruktion, Stecker-Konstruktion, etc. den Klang beeinflussen. Man müsste schon dieselbe Kabelkonstruktion mit verschiedenen Leitern vergleichen, was in der Regel nicht möglich ist.
Induktivität
Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt elektromagnetische Wellen. Andererseits erzeugen elektromagnetische Wellen, welche auf einen anderen Leiter treffen in diesem eine elektrische Spannung. Die Leiter eines Kabels generieren nun Gegenseitig (Stör-) Spannungen beim Nachbar-Leiter. Diese Wirkung nennt man Induktivität. Dieser Effekt wird bei anderer Gelegenheit auch positiv genutzt. Der Trafo (Transformator) funktioniert genau nach diesem Prinzip.
Je höher die Induktivität eines Kabels, desto stärker wird das Audio-Signal gestört. Durch grössere Abstände und/oder Verdrillen wird die Induktivität verringert. Die elektromagnetische Stärke nimmt übrigens im Quadrat zur Entfernung ab. So kann man mit dem doppelten Abstand die Induktivität vierteln.
Kapazität
Einander gegenüberliegende Flächen wirken wie ein Kondensator. Änderungen im elektrischen Feld werden von einer Fläche auf die andere übertragen. Diese Wirkung nennt man Kapazität. Beim Kondensator ist dieser Effekt gewollt und die Flächen sind durch Zusammenrollen sehr gross, was die Kapazität erhöht.
Bei einem Audiokabel sind die gegenüberliegenden Flächen der Leiter zwar sehr klein, trotzdem stellt man eine Klangbeeinflussung durch die Kapazität fest. Je kleiner die Fläche ist, mit welcher sich die Leiter gegenüber liegen und je weiter auseinander, desto besser.
Skin-Effekt
Bereits in den 70er Jahren entdeckte man den Skin-Effekt. Man stellte fest, dass in einem Leiter die hohen Frequenzen aussen und die tieferen Frequenzen innen im Kabel übertragen werden. Grund dafür sind die u.a. Wirbelströme.
Bei der Diskussion über die Beeinflussung des Klangs durch Kabel vermutete man, dass durch den Skin-Effekt die höheren Frequenzanteile eines Audio-Signals im äusseren Teil des Kabels unterschiedlich schnell übertragen werden, als die tieferen Frequenzanteile im Zentrum. Und dass es so zu - wenn auch sehr kleinen - Zeitdifferenzen kommt, welche die Klangqualität negativ beeinflussen.
In dieser Hinsicht kann bei Folienleitern mit ihrer minimalen Dicke von ca. 0.05 mm kein Skin-Effekt entstehen. Zudem wirkt sich die glatte Oberfläche einer Feinsilberfolie positiv auf den Stromfluss aus.
Wirbelströme
In dicken Leitern entstehen Wirbelströme, welche das Audiosignal stören. Ihre Wirkung ist nicht einfach zu erklären, aber sie sind auch die Ursache für den Skin-Effekt.
Memory-Effekt
Man hat zum Beispiel festgestellt, dass sich bei massiven Mittenkontakten von Cinch Steckern ein Memory-Effekt ergibt. Bei guten Steckern werden deshalb Hohlkontakte verwendet. Aus dieser Erkenntnis heraus kann man sich auch vorstellen, warum Kabel mit dicken Leitern oft ein schlechteres Klangergebnis liefern.
Elektronenbewegung
Die Elektronen in einem Leiter bewegen sich nicht in einer geraden Linie, sondern man kann sich etwa vorstellen, dass sie mit einer hohen Geschwindigkeit wild herumwirbeln und sich insgesamt mit einer langsamen Geschwindigkeit linear fortbewegen. Man kann sich nun vorstellen, dass die Elektronen in einem sehr dünnen Leiter wenig seitlichen Raum haben und sich somit weniger Elektronen auf gleicher "Höhe" befinden. In einem dicken Leiter haben viel mehr Elektronen nebeneinander Platz, und es gibt ein grösseres Durcheinander.
Das könnte neben dem Skin-Effekt, dem Memory-Effekt und den Wirbelströmen auch ein Grund sein, dass es besser ist, viele dünne, isolierte Leiter statt eines dicken zu verwenden. Einige gute Lautsprecherkabel sind nach diesem Prinzip aufgebaut. Dicke Kabel aus (nicht isolierten) Litzen sind daher etwas vom Schlechtesten, was man sich vorstellen kann.
Abschirmung
Eine Abschirmung schützt zwar die Innenleiter eines Kabels, da sie äussere elektromagnetische Wellen kurzschliesst. Dies ist ein gewollter Effekt und das Ziel einer Abschirmung.
Eine Abschirmung beeinflusst aber auch die durch das Audio-Signal erzeugten elektromagnetischen Wellen. Dies ist ungewollt und stört das Audio-Signal.
Isolation
Dass die Isolation einen grossen Einfluss auf den Klang hat, ist für viele ein Phänomen.
Wenn ein Strom durch einen Leiter fliesst, werden elektromagnetische Wellen erzeugt, welche senkrecht zum Leiter abgestrahlt werden. Das ist allen klar.
Was weniger klar, oder sogar kaum bekannt ist: Es werden longitudinale Wellen (entlang des Leiters) erzeugt, welche eine Wechselwirkung mit dem Dielektrikum der Umgebung ergeben. Je undurchlässiger das Dielektrikum für diese elektrischen Wellen ist, desto stärkere Potentialwirbel werden erzeugt, die das empfindliche Audio-Signal stören.
Luft mit einer Permittivität (Dielektrizitätskonstante) von 1 wäre in dieser Hinsicht am besten. Nur, mit Luft kann man weder Stecker noch Kabel konstruieren. PTFE (Teflon) mit einer Permittivität von ca. 2 ist von den festen Materialien am besten geeignet. Aber auch PTFE kann man wegen seiner mechanischen Eigenschaften nicht für alles verwenden.
Man muss deshalb meist einen Kompromiss für das optimale Material finden.
Cinch Stecker
Auch Cinch Stecker beeinflussen das Klangergebnis. Klangentscheidend sind folgende Faktoren:
Kontakt-Material
Silber ist der beste elektrische Leiter, aber besonders in seiner reinen Form als Feinsilber sehr teuer.
Kupfer ist auch ein guter Leiter, aber in seiner reinen Form für Kontakte zu weich und zudem korrosiosanfällig. Man entwickelte deshalb eine Tellurium-Kupfer Legierung und fand damit einen guten Kompromiss für gute Leitfähigkeit und Festigkeit. Die Vergoldung sollte ohne Nickel Zwischenschicht aufgebracht sein, um den Elektronenfluss nicht unnötig zu behindern.
Preisgünstige Stecker sind mit Messing-Kontakten ausgestattet. Billigstecker haben Kontakte aus einer billigen Metall-Legierung.
Mittenkontakt
Man stellte in Kontakten aus vollem Material Memory-Effekte und Wirbelströme fest, welche den Klang negativ beeinflussen. Besser sind Hohlkontakte.
Masse-Kontakt
Die üblichen Hülse für den Massekontakt weist eine grosse Kontaktfläche auf. Je nach partiellem Auflagedruck, Ebenheit und partieller Verschmutzung ergibt sich ein ungleichmässiger und weit verteilter elektrischer Widerstand. Die sehr kleinen Ströme des Audio-Signals suchen den geringsten Widerstand und finden eine Menge mehr oder weniger guter Übergänge. Man kann diese unkontrollierten und aufgeteilten Stromflüssen vagabundierende Ströme nennen. Solcherart verzettelte Stromflüsse wirken sich negativ auf die Klangqualität aus.
Eine punktförmige Masseverbindung gewährt einen kontrollierten und genau definierten Übergang und ist deshalb vorzuziehen.
Gehäuse
Nicht nur das Trägermaterial für die Kontakte und Lötfahnen sollte aus gutem Kunststoff sein, sondern auch die Griffhülse, das Gehäuse. Ansonsten gibt es unerwünschte Interaktionen zwischen Leiter und Gehäuse und es entstehen Potentialwirbel.
Weitere klangbestimmende Faktoren
Der Stecker soll so wenig Metall wie nötig beinhalten.
Einige sagen, dass sich das Gewicht der Kontakte die Waage halten soll.
Noch einige Beobachtungen
Einige führen ins Feld, dass Interconnect Kabel für die verschiedensten Arten von Elektrosmog, welcher überall vorhanden ist, als Antenne wirken und es so den Hörgenuss zumindest subjektiv stören kann. Wenn das so ist, dann sind alle Interconnect Kabel, welche aus einem Innenleiter und der Abschirmung bestehen, die schlechteste Lösung, denn hier ist die Abschirmung selbst Leiter für die Signalübertragung und somit gleichzeitig Antenne. Unschön dabei ist, dass die Störung nur auf die Abschirmung und somit asymmetrisch wirkt, weil die Abschirmung die Störung vom Innenleiter abhält. Wenn die Störung symmetrisch auf beide Leiter wirkte, würde sie sich aufheben. Asymmetrische Störungen lassen sich mit der Anbringung von Klappferriten dämpfen (siehe Kapitel Tuning einer HIFI Anlage oder HIFI Komponenten).
Weniger Probleme haben Kabel mit zwei Innenleitern, welche das Signal übertragen und einer nur einseitig angeschlossenen Abschirmung, welche nur die Aufgabe des Abschirmenserfüllt.
Einige haben festgestellt, dass Interconnect Kabel mit Silberleitern sehr klar klingen, aber ein klein wenig rauh. Wenn man einen normalen Silberdraht vor Augen hat, wirkt das Silber matt und spröd. Diese nicht ganz feine Struktur kann man gut mit einem nicht ganz feinen Hörgenuss in Verbindung bringen. Wenn man hingegen den Glanz einer Reinsilberfolie vor Augen hat, kann man sich gleich den seidigen Klang vorstellen. Also Vorsicht mit Silberleitern, nur Reinsilber verwenden. Es ist tecnisch erwiesen, dass glatte Oberflächen von Leitern einen besseren Stromfluss ermöglichen.
Reinsilber wird auch Feinsilber genannt und folgendermassen spezifiziet:
999.9 oder 99.99% oder 4N (four-nines)
Schlecht konzipierte Netzteile in den Geräten verhalten sich oft wie der Elefant im Porzellanladen. Vor allem bei Endstufen verwendet man oft harte Trafos und grosse Sieb-Elkos, um eine starke und stabile Stromversorgung zu erhalten. Da die Elkos beim Betrieb voll aufgeladen sind und bei Belastung die Spannung zwischen den Halbwellen-Spitzen nur wenig absinkt, muss nur immer ganz wenig aufgeladen werden, wofür nur die äussersten "Höcker" der vom Trafo kommenden Spannungsamplituden verwendet werden können. Diesen Höckern steht jedoch nur eine sehr kurze Zeit zur Verfügung, um die Speisespannung an den Elkos hinaufzudrücken, sodass sehr hohe und sehr kurze Stromimpulse im 100 Hz Takt entstehen. Ausser der Neigung zum Sirren werden beachtliche elektromagnetische Pulse erzeugt, noch verstärkt durch Wechselwirkung der Ströme zwischen Trafo Gleichrichter und Elko. Die Trafos selbst erzeugen ebenfalls elektromagnetische Störungen.
Netzteile sollten deshalb örtlich von der empfindlichen Audio-Elektronik getrennt, oder sehr gut abgeschirmt sein. Besser als harte Netzteile wären weichere Trafos mit anschliessender Spannungsstabilisierung. Schlechte Netzteile verursachen auch noch Potentialdifferenzen bei den Geräten, welche schlussendlich zu Ausgleichsströmen (Erdschleifen) zwischen Geräten über die Interconnect Kabel führen.
Schaltnetzteile sind wegen der hohen Frequenzen, elektromagnetischen Abstrahlungen und Störungen in der Ausgangsspannung nicht unproblematisch. Es gibt aber heute Hersteller, welche die Probleme im Griff haben und sehr gute Schaltnetzteile bauen.
Bei konventionellen Netzteilen ist der Ringkerntrafo sehr beliebt. Er kann für hohe Leistungen hergestellt werden und besitzt gute Eigenschaften, wie geringes elektromagnetisches Streufeld, geringe Verluste, geringer Leerlaufstrom, guter Wirkungsgrad, etc. Der Ringkerntrafo ist hart und kann somit die bei Netzteilen geforderten hohen Stromspitzen liefern. Bei Ringkerntrafos liegen Primär- und Sekundärwicklungen übereinander und sind somit kapazitiv mehr oder weniger gekoppelt. Netzstörungen gelangen deshalb relativ gut ins Gerät.
Für High-End Geräte setzen einige Hersteller bereits die neuen R-Core Trafos ein. Dieser Typ verfügt über eine exzellente elektrische Qualität, ein sehr geringes elektromagnetisches Streufeld, brummt sehr wenig, rauscht nicht und hat einen ausgezeichneten Wirkungsgrad. Zudem sind die Wicklungen örtlich und somit kapazitiv getrennt und weisen deshalb eine gute Filterwirkung gegenüber Netzstörungen auf. R-Core Trafos sind zurzeit nicht für hohe Leistungen erhältlich und werden deshalb anscheinend nicht in Endstufen eingesetzt.
Schnelle Soft Recovery Gleichrichterdioden verringern unnötige, zusätzliche Stromspitzen und unerwünschte Interaktionen zwischen Trafo und Siebelko. Bei diesem Thema ist man sich wenigstens einig. Diskussionen gibt es jedoch über speziell gut bis phänomenal klingende Elkos. Für den Klang berühmte Elkos bewegen sich allerdings in höheren Preisklassen.
Audiosignale
Audiosignale reagieren äusserst empfindlich auf die verschiedensten Störungen. Wenn es schon Kabelhersteller gibt, welche ihre Interconnect Kabel aus monokristallinem Kupferleitern herstellen, um dem Strom die vielen "Sprünge" zwischen den Kristallen zu ersparen, muss man sich auch fragen, wie die Signale mit anderen, aus dieser Sicht unzulänglichen Leitern und Verbindungsstellen klar kommen. Die unzähligen Lötstellen in einer Audio Elektronik müssen ja für die empfindlichen Signale ein Gräuel sein. Lötzinn ist ja etwa das Schlimmste, was einem Audiosignal widerfahren kann. Da ist es wie ein Wunder, dass hoch komplexe Audioelektronik mit massenhaft Lötstellen doch noch so gut klingen kann. Ed Meitner hatte aus diesem Grund anscheinend auch Indium Lötzinn verwendet.
Endstufen
Die Aufgabe der Endstufe ist es, das schwache Eingangssignal, welches vom Vorverstärker angeliefert wird, zu verstärken und damit die Lautsprecher zu betreiben. Ausser Röhren werden dazu bipolare Transistoren und Feldeffekttransistoren benutzt. Ein bipolarer Transistor wird mit Strom in die "Basis" angesteuert und verstärkt diesen gemäss seines Verstärkungsfaktors im Leistungspfad zwischen "Emitter" und "Kollektor". Als Emitterfolger geschaltet, kann er als letzte Instanz als reiner Stromverstärker wirken und eine straffe Anbindung des Lautsprechers erreichen. Der Feldeffekttransistor (FET) wird durch eine Spannung am "Gate" angesteuert, welche den Innenwiderstand des Transistors im Leistungspfad, zwischen "Drain" und "Source" verändert.
Bei Endstufen werden manchmal MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) eingesetzt. So bestückte Endstufen klingen entspannt und ruhig, während Endstufen mit bipolaren Transistoren manchmal zu etwas Härte neigen. Obwohl man es nicht hört, rauschen bipolare Transistoren mehr als FET. Im High-End Bereich fallen solche Unterschiede aber oft weniger ins Gewicht, als das Gesamtkonzept der Schaltung. Man müsste im Leistungsteil der Endstufe die Eigenschaften eines kleinen, präzisen, bipolaren Treibertransistors mit FET kombinieren, um die Vorteile beider Technologien zu vereinen.
Digital arbeitende Class D Endstufen, welche in früheren Zeiten Mühe mit der Klangqualität hatten, sind heute ausgereifter und verbreiten sich immer mehr. Man muss sich aber vor Augen halten, dass digitale Signale zerhackt und eckig daherkommen und es gut durchdachte Schaltungen braucht, um solche Signale dermassen zu glätten, dass sie einem audiophilen Klang gerecht werden. Früher war man der Meinung, das sei kein Problem, denn das menschliche Ohr könne Störungen im höheren Frequenzbereich eh nicht mehr hören. Hören nicht, das stimmt, aber subjektiv empfinden wir solche unreinen Signale eher als rauh als entspannend. Die erste Generation von CD-Playern war ein gutes Beispiel für solche Fehleinschätzungen. Allerdings verursachen solche Endstufen ähnlich wie Schaltnetzteile hochfrequente Störungen.
Lautsprecher
Lautsprecher sind immer ein Kompromiss und deshalb umso teurer, je besser der Kompromiss.
Eigentlich sollte ein Lautsprecherchassis keine kleineren Wellenlängen abstrahlen müssen, als dessen Membran-Durchmesser und keine grösseren, als dessen Membran-Umfang. Das würde heissen, der ideale Frequenzbereich wäre etwa 1:3. Wollte man diese Regel einhalten, würde man eine 7-Wege Box mit riesigen Tieftönern erhalten. Andererseits weiss man, dass die Frequenzweichen immer Phasenverschiebungen verursachen. Es gibt Frequenzweichen verschiedener Ordnung, das heisst, mit weichen oder harten Übergängen und mit verschiedener Charakteristik.
Zudem sollten alle Töne idealerweise vom selben Punkt kommen, damit sie den Höher gleichzeitig erreichen. Das hat man zu früheren Zeiten manchmal mit Koaxial-Lautsprechern versucht, bei denen im Zentrum eines grossen Lautsprechers noch ein kleiner Trichter für die hohen Töne angebracht war. Bei einer Box mit mehreren Lautsprecherchassis sollten besonders Hoch- und Mitteltöner nahe zusammen sein, damit die Töne nicht zu unterschiedlichen Zeiten beim Hörer ankommen, wenn sich seine Ohren nicht gerade auf der Mittelachse der Chassis befinden.
Lautsprecherchassis mit kleinen Membranen reagieren schneller als solche mit grossen Membranen. Das heisst, beim Übergang vom Hoch- zum Mitteltöner kommt der Signalanteil vom Hochtöner etwas früher beim Hörer an. Dieser Effekt ist nur bei hohen Frequenzen relevant. Deshalb sieht man manchmal Lautsprecherboxen mit etwas zurückgesetztem Hochtöner.
Hochtöner haben meist das Problem, dass sie zu hart tönen, Mitteltöner verfärben und Tieftöner sind zu klein.
Ein physikalisches Problem beim Tieftöner ist die Ankopplung der Membran an die Luft. Bei diesen Frequenzen sollte die Luft durch eine grosse Fläche (Membran) angeregt werden. Man kann sich das bildlich mit einem Ruderboot vorstellen: Mit einem sehr schmalen Ruder kann man noch so schnell rudern, man kommt kaum vorwärts. Das Wasser leistet keinen Widerstand und wird nur verdrängt, es gibt kaum Schub.
Wer Wert auf eine saubere und kräftige Tieftonwiedergabe legt und Platz und handwerkliches Geschick hat, sollte mal eine Exponentialbox bauen. Hier wird die Fläche einer normal grossen Tieftonmembran exponentiell stetig vergrössert, bis man eine grosse Austrittsöffnung der Box erhält. Das Prinzip ist dasselbe, wie bei Blasinstrumenten wie der Trompete oder der Tuba. Durch die grossflächige Ankopplung an die Luft, erhält man mit kleiner Leistung eine hohe Lautstärke.
Interconnect-Kabel (Cinch-, RCA, NF-Kabel)
Es ist ein Irrglaube zu denken, dass die Klangqualität durch Kabel nicht beeinflusst werden kann, da jedes Kabel aus Leiter und Isolation besteht und es somit keine Unterschiede geben kann. Das Audio-Signal reagiert äusserst empfindlich auf unvollkommene Signalübertragung.
Folgende Kabel-Faktoren können klangbestimmend sein:
Leitermaterial, Leitergeometrie, Induktivität und Kapazität zwischen den Leitern, Dielektrikum (Isolation), Länge, mit oder ohne Abschirmung, einer oder zwei Innenleiter, Verlegung der Kabel und Störungen von aussen. Zudem ist die Konstruktion und das Material der Stecker klangbestimmend.
Kabel (ohne Stecker)
Das Kabel selbst besteht aus den elektrischen Leitern, der Isolation und ev. einer Abschirmung.
Leiter-Material
Darüber, welches das beste Leitermaterial für die Klangübertragung sein soll, gehen die Meinungen auseinander. Sauerstofffreies (OFC) Kupfer, monokristallines Kupfer, Silber, oder ausgefallene Materialien werden favorisiert.
Der Sauerstoffanteil in normalem Kupfer soll den Klang verschlechtern. Deshalb wird sauerstofffreies Kupfer favorisiert.
Um den Elektronen die Sprünge zwischen den vielen Kristallen zu ersparen, entwickelte man monokristalline Kupferfäden als Leiter in Audio-Kabeln.
Silber hat die beste Leitfähigkeit aller Leiter und wird aus diesem Grund favorisiert.
Viele bevorzugen den Klang mit Kupferkabeln, andere den Klang mit Silberkabeln, etc. Dabei wird vergessen, dass auch andere Faktoren, wie Isolation, Kabel-Konstruktion, Stecker-Konstruktion, etc. den Klang beeinflussen. Man müsste schon dieselbe Kabelkonstruktion mit verschiedenen Leitern vergleichen, was in der Regel nicht möglich ist.
Induktivität
Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt elektromagnetische Wellen. Andererseits erzeugen elektromagnetische Wellen, welche auf einen anderen Leiter treffen in diesem eine elektrische Spannung. Die Leiter eines Kabels generieren nun Gegenseitig (Stör-) Spannungen beim Nachbar-Leiter. Diese Wirkung nennt man Induktivität. Dieser Effekt wird bei anderer Gelegenheit auch positiv genutzt. Der Trafo (Transformator) funktioniert genau nach diesem Prinzip.
Je höher die Induktivität eines Kabels, desto stärker wird das Audio-Signal gestört. Durch grössere Abstände und/oder Verdrillen wird die Induktivität verringert. Die elektromagnetische Stärke nimmt übrigens im Quadrat zur Entfernung ab. So kann man mit dem doppelten Abstand die Induktivität vierteln.
Kapazität
Einander gegenüberliegende Flächen wirken wie ein Kondensator. Änderungen im elektrischen Feld werden von einer Fläche auf die andere übertragen. Diese Wirkung nennt man Kapazität. Beim Kondensator ist dieser Effekt gewollt und die Flächen sind durch Zusammenrollen sehr gross, was die Kapazität erhöht.
Bei einem Audiokabel sind die gegenüberliegenden Flächen der Leiter zwar sehr klein, trotzdem stellt man eine Klangbeeinflussung durch die Kapazität fest. Je kleiner die Fläche ist, mit welcher sich die Leiter gegenüber liegen und je weiter auseinander, desto besser.
Skin-Effekt
Bereits in den 70er Jahren entdeckte man den Skin-Effekt. Man stellte fest, dass in einem Leiter die hohen Frequenzen aussen und die tieferen Frequenzen innen im Kabel übertragen werden. Grund dafür sind die u.a. Wirbelströme.
Bei der Diskussion über die Beeinflussung des Klangs durch Kabel vermutete man, dass durch den Skin-Effekt die höheren Frequenzanteile eines Audio-Signals im äusseren Teil des Kabels unterschiedlich schnell übertragen werden, als die tieferen Frequenzanteile im Zentrum. Und dass es so zu - wenn auch sehr kleinen - Zeitdifferenzen kommt, welche die Klangqualität negativ beeinflussen.
In dieser Hinsicht kann bei Folienleitern mit ihrer minimalen Dicke von ca. 0.05 mm kein Skin-Effekt entstehen. Zudem wirkt sich die glatte Oberfläche einer Feinsilberfolie positiv auf den Stromfluss aus.
Wirbelströme
In dicken Leitern entstehen Wirbelströme, welche das Audiosignal stören. Ihre Wirkung ist nicht einfach zu erklären, aber sie sind auch die Ursache für den Skin-Effekt.
Memory-Effekt
Man hat zum Beispiel festgestellt, dass sich bei massiven Mittenkontakten von Cinch Steckern ein Memory-Effekt ergibt. Bei guten Steckern werden deshalb Hohlkontakte verwendet. Aus dieser Erkenntnis heraus kann man sich auch vorstellen, warum Kabel mit dicken Leitern oft ein schlechteres Klangergebnis liefern.
Elektronenbewegung
Die Elektronen in einem Leiter bewegen sich nicht in einer geraden Linie, sondern man kann sich etwa vorstellen, dass sie mit einer hohen Geschwindigkeit wild herumwirbeln und sich insgesamt mit einer langsamen Geschwindigkeit linear fortbewegen. Man kann sich nun vorstellen, dass die Elektronen in einem sehr dünnen Leiter wenig seitlichen Raum haben und sich somit weniger Elektronen auf gleicher "Höhe" befinden. In einem dicken Leiter haben viel mehr Elektronen nebeneinander Platz, und es gibt ein grösseres Durcheinander.
Das könnte neben dem Skin-Effekt, dem Memory-Effekt und den Wirbelströmen auch ein Grund sein, dass es besser ist, viele dünne, isolierte Leiter statt eines dicken zu verwenden. Einige gute Lautsprecherkabel sind nach diesem Prinzip aufgebaut. Dicke Kabel aus (nicht isolierten) Litzen sind daher etwas vom Schlechtesten, was man sich vorstellen kann.
Abschirmung
Eine Abschirmung schützt zwar die Innenleiter eines Kabels, da sie äussere elektromagnetische Wellen kurzschliesst. Dies ist ein gewollter Effekt und das Ziel einer Abschirmung.
Eine Abschirmung beeinflusst aber auch die durch das Audio-Signal erzeugten elektromagnetischen Wellen. Dies ist ungewollt und stört das Audio-Signal.
Isolation
Dass die Isolation einen grossen Einfluss auf den Klang hat, ist für viele ein Phänomen.
Wenn ein Strom durch einen Leiter fliesst, werden elektromagnetische Wellen erzeugt, welche senkrecht zum Leiter abgestrahlt werden. Das ist allen klar.
Was weniger klar, oder sogar kaum bekannt ist: Es werden longitudinale Wellen (entlang des Leiters) erzeugt, welche eine Wechselwirkung mit dem Dielektrikum der Umgebung ergeben. Je undurchlässiger das Dielektrikum für diese elektrischen Wellen ist, desto stärkere Potentialwirbel werden erzeugt, die das empfindliche Audio-Signal stören.
Luft mit einer Permittivität (Dielektrizitätskonstante) von 1 wäre in dieser Hinsicht am besten. Nur, mit Luft kann man weder Stecker noch Kabel konstruieren. PTFE (Teflon) mit einer Permittivität von ca. 2 ist von den festen Materialien am besten geeignet. Aber auch PTFE kann man wegen seiner mechanischen Eigenschaften nicht für alles verwenden.
Man muss deshalb meist einen Kompromiss für das optimale Material finden.
Cinch Stecker
Auch Cinch Stecker beeinflussen das Klangergebnis. Klangentscheidend sind folgende Faktoren:
Kontakt-Material
Silber ist der beste elektrische Leiter, aber besonders in seiner reinen Form als Feinsilber sehr teuer.
Kupfer ist auch ein guter Leiter, aber in seiner reinen Form für Kontakte zu weich und zudem korrosiosanfällig. Man entwickelte deshalb eine Tellurium-Kupfer Legierung und fand damit einen guten Kompromiss für gute Leitfähigkeit und Festigkeit. Die Vergoldung sollte ohne Nickel Zwischenschicht aufgebracht sein, um den Elektronenfluss nicht unnötig zu behindern.
Preisgünstige Stecker sind mit Messing-Kontakten ausgestattet. Billigstecker haben Kontakte aus einer billigen Metall-Legierung.
Mittenkontakt
Man stellte in Kontakten aus vollem Material Memory-Effekte und Wirbelströme fest, welche den Klang negativ beeinflussen. Besser sind Hohlkontakte.
Masse-Kontakt
Die üblichen Hülse für den Massekontakt weist eine grosse Kontaktfläche auf. Je nach partiellem Auflagedruck, Ebenheit und partieller Verschmutzung ergibt sich ein ungleichmässiger und weit verteilter elektrischer Widerstand. Die sehr kleinen Ströme des Audio-Signals suchen den geringsten Widerstand und finden eine Menge mehr oder weniger guter Übergänge. Man kann diese unkontrollierten und aufgeteilten Stromflüssen vagabundierende Ströme nennen. Solcherart verzettelte Stromflüsse wirken sich negativ auf die Klangqualität aus.
Eine punktförmige Masseverbindung gewährt einen kontrollierten und genau definierten Übergang und ist deshalb vorzuziehen.
Gehäuse
Nicht nur das Trägermaterial für die Kontakte und Lötfahnen sollte aus gutem Kunststoff sein, sondern auch die Griffhülse, das Gehäuse. Ansonsten gibt es unerwünschte Interaktionen zwischen Leiter und Gehäuse und es entstehen Potentialwirbel.
Weitere klangbestimmende Faktoren
Der Stecker soll so wenig Metall wie nötig beinhalten.
Einige sagen, dass sich das Gewicht der Kontakte die Waage halten soll.
Noch einige Beobachtungen
Einige führen ins Feld, dass Interconnect Kabel für die verschiedensten Arten von Elektrosmog, welcher überall vorhanden ist, als Antenne wirken und es so den Hörgenuss zumindest subjektiv stören kann. Wenn das so ist, dann sind alle Interconnect Kabel, welche aus einem Innenleiter und der Abschirmung bestehen, die schlechteste Lösung, denn hier ist die Abschirmung selbst Leiter für die Signalübertragung und somit gleichzeitig Antenne. Unschön dabei ist, dass die Störung nur auf die Abschirmung und somit asymmetrisch wirkt, weil die Abschirmung die Störung vom Innenleiter abhält. Wenn die Störung symmetrisch auf beide Leiter wirkte, würde sie sich aufheben. Asymmetrische Störungen lassen sich mit der Anbringung von Klappferriten dämpfen (siehe Kapitel Tuning einer HIFI Anlage oder HIFI Komponenten).
Weniger Probleme haben Kabel mit zwei Innenleitern, welche das Signal übertragen und einer nur einseitig angeschlossenen Abschirmung, welche nur die Aufgabe des Abschirmenserfüllt.
Einige haben festgestellt, dass Interconnect Kabel mit Silberleitern sehr klar klingen, aber ein klein wenig rauh. Wenn man einen normalen Silberdraht vor Augen hat, wirkt das Silber matt und spröd. Diese nicht ganz feine Struktur kann man gut mit einem nicht ganz feinen Hörgenuss in Verbindung bringen. Wenn man hingegen den Glanz einer Reinsilberfolie vor Augen hat, kann man sich gleich den seidigen Klang vorstellen. Also Vorsicht mit Silberleitern, nur Reinsilber verwenden. Es ist tecnisch erwiesen, dass glatte Oberflächen von Leitern einen besseren Stromfluss ermöglichen.
Reinsilber wird auch Feinsilber genannt und folgendermassen spezifiziet:
999.9 oder 99.99% oder 4N (four-nines)