Aktive Frequenzweichen mit Röhren

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selbstbauen
Inventar

#1 erstellt: 29. Okt 2014, 14:50

Hallo,

wer seine Lautsprecher aktiv antreiben will, der braucht vor den Endstufen aktive Frequenzweichen. Wer den Antrieb mit Röhren machen will, der greift ungern auf Transistorweichen zurück. Röhrenweichen gibt es so gut wie nicht zu kaufen. Also ist der Griff zum Lötkolben angesagt. Aber welche Schaltung?

Ich hatte vor längerer Zeit mal eine selbstentwickelte 3-Weg-Weiche mit 8 dB vorgestellt. Für das neue Projekt brauchte ich eine 2-Weg-Weiche mit wenigstens 18 dB Flankensteilheit. Im Netz hatte ich einen Bauvorschlag von Steve Bench gefunden und für meine Eckfrequenz von 230 Hz umgeplant. Hier das Resultat:

Zuvor hatte ich eine Weiche mit jeweils drei OPAs pro Zweig. Die neue mit der E88CC ist klanglich durchaus eine Verbesserung. Es sind kleine Unterschiede, aber durchaus wahrnehmbar. Der Klang löst sich besser von den Lautsprechern, das Stereo-Dreieck ist im Hörplatz breiter (auf einem 2-Meter-Sofa ist weder rechts noch links ein Lautsprecher ortbar). Stimmen klingen wie aus dem off, oder sie sind klar festgenagelt hinter und zwischen den Lautsprechern - ja nachdem wie der Toningenieur drauf war. Der Bass ist klarer, kling mehr nach Holz. Zuvor war es eher ein Bassfundament, jetzt integriert es sich vollständig in das musikalische Geschehen.

Die OPA-Weiche war exakt phasengleich, die Röhrenweiche hat eine Phasenabweichung von etwa 20 Grad. Der Klangunterschied könnte davon herrühren, dass die akustischen Zentren der Lautsprecher nun (zufällig) in einer Vertikalen liegen. Wahrscheinlicher ist aber, dass die Reduzierung auf nur noch ein aktives Bauelement die Ursache ist.

Die Verstärkung liegt bei etwa 0,9, sie ist übersteuerungfest - mehr als 4V gibt mein Tongenerator aber nicht her. Der Klirr liegt irgendwo unter 0,01%.

Diese Weiche ist also rundrum empfehlenswert.

Gibt es andere Schaltungsvarianten? Wer hat Erfahrungen mit anderen Röhrenweichen?

Gruß
sb

DB
Inventar

#2 erstellt: 29. Okt 2014, 21:14

Hallo,

selbstbauen (Beitrag #1) schrieb:

Die neue mit der E88CC ist klanglich durchaus eine Verbesserung. Es sind kleine Unterschiede, aber durchaus wahrnehmbar.

der Frequenzgang des Hochpasses fällt ab der berechneten Frequenz bis etwa 48Hz auf ca. -45dB, um dann nach niedrigeren Frequenzen wieder anzusteigen. Das ist sicher nicht so beabsichtigt.
C6/C10 kannst Du ruhig auf einen Wert von vielleicht 470n ... 1µF festlegen, die sollte man nicht zur Frequenzgangbeeinflussung heranziehen. Ach ja, wenn Du das Ganze etwas niederohmiger gestaltest, dann sinkt auch die Brummempfindlichkeit sowie der Einfluß von Verdrahtungskapazitäten.

MG
DB

[Beitrag von DB am 29. Okt 2014, 21:48 bearbeitet]

selbstbauen
Inventar

#3 erstellt: 30. Okt 2014, 16:40

Hallo DB,

vielen Dank für die Hinweise. Ein Pegelanstieg im Hochtonkanal ist mir beim Duchkurbeln nicht aufgefallen. Wie kommst du zu dieser Erkenntnis? Bei -45dB und der Unfähigkeit des Lautsprechers, unter 48 Hz überhaupt ein Signal abzugeben, kann es aber nicht klangrelevant sein.

C6 und C10 werde ich austauschen. Ich habe diese Werte ohnehin nur gegriffen.

Die Schaltung niederohmiger zu gestalten legt aber schon Hand an das Herz dieser Weiche. Ich sehe dazu zwei Möglichkeiten:

1. Rk kleiner - jetzt zieht die Röhre 3,9 mA, das ist weniger als die Hälfte des maximalen Ruhestroms. Sie steuert nun bis etwa 5,2 mA aus. Hat also Platz nach oben. Dieser Ruhestrom ist aber bereits deutlich höher als beispielsweise mit einer ECC83.

2. Die Gittervorspannungswiderstände verkleinern - auf ein Zehntel. Dann würden statt 83µA dann 830µA fließen. Wird das die Brummempfindlichkeit erheblich reduzieren?

Bislang habe ich nur Probleme bei den langen Zuleitungen aus dem Netzteil - aber nur wenn sie direkt an Steckdosen vorbeigeführt werden.

Gruß
sb

DB
Inventar

#4 erstellt: 30. Okt 2014, 18:35

Hallo,

also ich würde einfach die frequenzbestimmenden Widerstände halbieren und die Kapazitäten verdoppeln. Wenn es aber so zufriedenstellend geht, ist es sicher auch gut.

Den Anstieg zu tiefen Frequenzen hab ich per Simulation rausgefunden. Enen Fehler hatte ich auch noch drin, der Sattelpunkt liegt bei 20Hz/-67dB.

Besser wird es, wenn Du R21/R13 auf 100k (das wird immer noch niederohmig genug) und C11/C12 auf 10µF erhöhst, R16/R17 auf 4,7k.
Dann hast Du zwar auch noch so einen Sattelpunkt, aber bei ca. 9Hz/-76dB.

Wenn Du die Schaltung ohnehin fest in einen Verstärker einbaust und der Eingangswiderstand der Folgestufe klar ist, könntest Du den auch noch etwas ausbügeln durch Verkleinern von C10. Wenn unklar ist, was ran kommt, würde ich das lassen.

MfG
DB

selbstbauen
Inventar

#5 erstellt: 30. Okt 2014, 23:22

Hallo,

das Meiste kann ich nachvollziehen, jedoch die Vergrößerung der Kathodenwiderstände auf 100 k wird die Gittervorspannungen auf einige Minus Zig-Volt bringen. Dann müsste man auch R3/R14 verkleinern.

Bislang sind die Weichen "stand-allone". Die Spannungszuleitungen wirken aber wie große Antennen. Wenn ich mit Messer und Gabel esse, dann krazt es in den Lautsprechern. Sie müssen also entweder in den Vorverstärker (da ist Platz) oder in die Endstufen (da ist eigentlich kein Platz).

Der Abschluss der Weichen erfolgt durch einen Pegelsteller in den Endstufen mit 50 kOhm.

Beim Umbau werde das mit Sattelpunkt näher untersuchen.

Gruß
sb

DB
Inventar

#6 erstellt: 31. Okt 2014, 09:00

Hallo,

selbstbauen (Beitrag #5) schrieb:

das Meiste kann ich nachvollziehen, jedoch die Vergrößerung der Kathodenwiderstände auf 100 k wird die Gittervorspannungen auf einige Minus Zig-Volt bringen. Dann müsste man auch R3/R14 verkleinern.

nein, die Spannung am Steuergitter wird doch festgelegt mittels Spannungsteiler. Wenn man jetzt den Katodenwiderstand erhöht, sinkt lediglich der Anodenstrom von 4mA auf reichlich 1mA. Das reicht immer noch aus.

Mit einer Halbierung der Widerstandswerte in der Filterschaltung sinkt auch das Rauschen der Schaltung auf etwa die Hälfte.

MfG
DB

[Beitrag von DB am 31. Okt 2014, 09:10 bearbeitet]

selbstbauen
Inventar

#7 erstellt: 31. Okt 2014, 11:23

Hallo,

das ist doch genau das, was ich als Problem gesehen habe. Bei Rk von 100k steigt der Innenwiderstand der Röhre auf irgendetwas um 90k - von jetzt 20k. Damit kommt man in die Region einer ECC83 - und in den krummen Bereich der Kennlinie. Die Vorteile der ECC88 sind dann dahin.

Das Ziel ist doch, einen möglichst geringen Ausgangswiderstand zu erhalten. Meine Überlegungen gingen daher eher in die andere Richtung.

Ich habe dieses Thema hier eröffnet, um auch Schaltungsvarianten zu diskutieren. Stell doch mal deine Simulation mit den halbierten Rs hier rein.

Gruß
sb

DB
Inventar

#8 erstellt: 31. Okt 2014, 12:29

Du kannst die Röhre auch mit den 4mA betreiben, aber bei einem Katodenfolger ist der Innenwiderstand etwa der Kehrwert der Steilheit im Arbeitspunkt.

http://radau5.ch/pdf_files/roeren_6.pdf
Weiterhin darfst Du den Gleichstromersatzwiderstand nicht mit dem Innenwiderstand verwechseln. Ri = dUa/dIa
Ach ja: die Schaltung geht auch mit ECC83, der Innenwiderstand des Katodenfolgers liegt dabei bei reichlich 1k.

Die Theorie kannst Du in der Simulation dann auch gleich ausprobieren, indem Du den Ausgang der Schaltung leerlaufen läßt, die Spannung mißt, dann einen Widerstand (RL) ransetzt und ihn so lange verkleinerst, bis Du nur noch die Hälfte der Leerlaufspannung mißt. Dann ist Ri = RL.

MfG
DB

[Beitrag von DB am 31. Okt 2014, 12:34 bearbeitet]

selbstbauen
Inventar

#9 erstellt: 12. Nov 2014, 17:47

Die FW ist jetzt in das Gehäuse des Vorverstärker umgezogen. Die Anregungen von DB zur Änderung konnte ich noch nicht alle umsetzen, weil es im Fundus einfach an Bauteilen fehlt. Das hole ich nach.

In der Tat hat die FW im Hochtonbereich eine leichte Spitze - bei 10 Hz steigt es leicht an, etwa auf das Niveau bei 40 Hz. Damit kann ich leben. Töne unter 20 Hz sind jetzt nicht so häufig.

Hier das Gesamtschaltbild:

Es ist im Großen und Ganzen alles Standard. Manche Werte von R und C sind einfach aus dem Vorrat entstanden. Z.B 1kOhm ist alle, also nehme ich jetzt dort 1,2kOhm.

Gruß
sb

pragmatiker
Administrator

#10 erstellt: 13. Nov 2014, 11:49

Eine Buchempfehlung:

Teuer - aber ideal, wenn man passive und aktive L/C- und R/C-Filter - auch sehr anspruchsvolle Typen - ohne überbordenden mathematischen Ballast auslegen möchte.

Grüße

Herbert