Modularer VorverstärkerAus Klang & Ton 2/97
Die Zentrale des modularen Vorverstärkers ist das Modulare Motherboard; es dient als Anlaufstelle für die Programmquellen und die Endstufen und fügt das in der letzten Ausgabe vorgestellte Linestufenmodul in den Signalweg ein. In weiteren Ausbaustufen sind eine Phono-Vorstufe, eine Fernbedienung, Einschaltverzögerung, ja sogar Klangregelung und digitale Lautstärkeeinstellung vorgesehen. Teil 2 dieser Serie beschreibt das Motherboard.
Der Versuch, auf einer großen Basisplatine alle erdenklichen Steckkarten anzuordnen, ist allerdings zum Scheitern verurteilt, da die Signalwege allein auf dieser Platine schon sehr lang ausfallen müssen, ganz zu schweigen von den Umwegen durch die Steckkarten. Und eine Platine bezüglich ihrer mechanischen Eigenresonanzen in den Griff zu bekommen, ist natürlich ebenfalls um so schwerer, je größer sie ist. ZentralmasseEine zentrale Masseführung vorzusehen scheitert selbst bei doppelseitigen Platinen meist an der Komplexität der gesamten Signalführung, und eine Seite der Platine als Massefläche auszuführen, hat klanglich noch nie begeistert, da auf dieser Fläche Ausgleichsströme kreuz und quer umhervagabundieren und keine klare Strukturierung derselben möglich ist.
Steckkontakte stellen ein weiteres Handicap auf dem Weg zum guten Klang dar. Bereits beim Relaistest der K&T-Hörjury im Heft 6/93 wurden drastische Unterschiede zwischen den Kontakten deutlich, und einige weit verbreitete Relais stellten sich für ernsthafte HiFi-Anwendungen schlicht als unbrauchbar heraus. Und für Platinensteckverbinder gilt das gleiche. Was also zum Teufel sollte einen ernsthaft denkenden Menschen dazu bewegen, ein solches Projekt in Angriff zu nehmen? Nun, ehrlich gesagt, faszinierend ist die Idee schon, mit einer simplen Konstruktion kurze Signalwege und eine zentrale Masseführung zu realisieren, sich für die Zukunft alle Möglichkeiten offen zu halten, und dabei den Verdrahtungsaufwand im Sinne der Nachbausicherheit auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Das alles in den Griff zu bekommen, ohne der Musik, die darüber spielen soll, Gewalt anzutun, ist ein Unterfangen, bei dem problemlos Jahre ins Land gehen können. Die während dieser Zeit meistgestellte Frage ist: "Wie, ist das Ding immer noch nicht fertig? Sollte die Vorstufe nicht längst in Serie gehen?" Klar, sollte sie, aber erst dann, wenn sie wirklich perfekt ist. Und bis dahin gab es eine Menge zu klären. SteckverbindungenDas erste Problem waren die Steckverbinder zwischen den Platinen, die bei einem solchen Projekt unabdingbar sind: Stabil, unkompliziert, verwechslungssicher und dauerhaft in gleichbleibender Qualität erhältlich sollten sie sein. Das Programm namhafter Hersteller wie AMP, Tuchel oder Amphenol ist hier sehr breit gefächert, und so kamen nach dem Studium einschlägiger Kataloge immerhin 20 Probanden in die nähere Auswahl, deren klangliche Qualitäten es einzuschätzen galt. In den Kontaktformen wie auch bei den verwendeten Materialien unterscheiden sich die einzelnen Steckverbinder deutlich. Um etwa zwecks Oberflächenveredlung eine Schicht Gold aufzubringen, sind einige weniger edle Unterschichten nötig, die niemand sehen, wohl aber hören kann. Womit das Sprichwort "Es ist nicht alles Gold, was glänzt" auch in Bezug auf Kontaktqualitäten seine Richtigkeit unter Beweis gestellt hätte. Steckverbinder-HörtestFür den Steckverbinder-Hörtest wurde immer ein Satz Verbinder zusammengesteckt und so verdrahtet, daß das Musiksignal 12 Kontaktübergänge überwinden mußte, bevor es seinen Weg fortsetzen konnte. Auf diese Weise multipliziert sich die Einflußnahme des Steckkontakts auf den Klang und wird so leichter erkennbar. Der Sub-D-Steckverbinder, immerhin in vier Varianten am Start, die allesamt stabil wirkten und verfügbar waren, fiel als erster aus dem Rennen. Für Computeranwendungen mag er ideal sein, jede weitere Mühe beim Einsatz eines solchen Verbinders auf der musikalischen Ebene wäre jedoch vergeblich. Ähnlich erging es sämtlichen Messersteckverbindern und Pfostensteckern: Auch diese vermochten nicht zu überzeugen. Bei den Direktsteckverbindern lagen die Resultate durchweg auf höherem Niveau. Bei dieser Bauart besteht die eine Seite der Verbindung aus den Leiterbahnen der Platine, auf die eine Kontaktfeder gepreßt wird. Damit entfällt eine Lötverbindung, deren Eigenschaften nie genau fixierbar sind. Auch unter dieser Steckverbindertype kristallisierten sich Klangunterschiede heraus, was vermutlich auf die Kontaktmaterialien zurückzuführen ist. Allein ein Steckverbinder aus fernöstlicher Fertigung erwies sich erstaunlicherweise als nahezu unhörbar, so daß die Wahl nicht schwer viel.
SchalterZum Themenkreis Kontakte gehört auch der Eingangswahlschalter. Dessen Kontakte müssen natürlich ebenfalls klanglich fehlerfrei sein, aber auch ein zweiter Gesichtspunkt ist hier zu beachten: Der Schalter darf nicht zu groß ausfallen, sonst erzwingt er unnötig lange Signalwege. Eine Umschaltlösung mit dem Testsieger-Relais aus K&T 3/93 scheidet damit aus, denn es ist vergleichsweise groß, und 20 Stück davon nehmen einigen Platz in Anspruch. Standardrelais mit kleinen Abmessungen scheiden aufgrund der schlechten klanglichen Erfahrungen von vorneherein aus. So fiel die Wahl nach ausführlichen Hörtests auf den für diesen Anwendungsfall bestens geeigneten Printmontagedrehschalter von Alps. Selbstreinigende versilberte Kontakte mit einem Langzeitübergangswiderstand unterhalb von 20 Milliohm stellen in Aussicht, an diesem Schalter auch in 10 Jahren noch Freude zu haben. Das MainboardDie anfängliche Idee, die Vorstufe wie ein Computer-Motherboard mit senkrecht stehenden Steckkarten aufzubauen, überdauerte den ersten Prototypen nicht: Stabile mechanische Befestigungsmöglichkeiten lassen sich bei einem solchen Konzept nicht realisieren, und die klanglichen Auswirkungen einer mehr oder weniger labil gelagerten Verstärkerplatine sind gerade bei Verwendung von Röhren alles andere als positiv. Auch das Motherboard wird unhandlich groß, die Signalwege selbst bei einem unbestückten Board, das als passive Umschalteinheit arbeitet, unnötig lang. Eine deutlich bessere Variante besteht darin, das Board so kompakt wie eben möglich auszuführen, damit zehn Paar Cinchbuchsen, das Lautstärkepoti und der Umschalter gerade noch Platz finden - und natürlich die Direktsteckverbinder. Die Signalwege sind so auf ein Minimum reduziert, und alle weiteren Module lassen sich ebenso wie das Mainboard mit der Grundplatte des Gehäuses stabil verschrauben. Alle Bausteine finden auf einer 10 mal 17,5 cm großen Platine Platz, auf der es keine ungenutzten Bereiche mehr gibt. Selbst die Ecken wurden noch einmal abgekantet, denn die Erfahrung zeigt, daß manchmal Millimeter darüber entscheiden, ob noch Platz für eine Erweiterung vorhanden ist. Um eine problemlose Ableitung der durch die Röhren erzeugten Wärme zu gewährleisten, ist das Motherboard ebenso wie alle anderen Platinen mit unzähligen Löchern versehen, die eine ungestörte Konvektion sicherstellen. BetriebsspannungUm angesichts solch einer kleinen Grundplatte für mindestens zwei Module kanalgetrennte Betriebsspannungs- und Massezuleitungen auf der Printplatte zu realisieren, wäre eine Multilayerplatine mit all' Ihren Verkopplungsproblemen nötig. Um dies zu vermeiden, wurde die Stromversorgung ausgelagert: Über ein 20 poliges Flachbandkabel findet sie ihren Weg direkt dorthin, wo sie benötigt wird; unmittelbar neben jedem der drei Direktverbindungs-Steckplätze befindet sich eine Steckerleiste zur Aufnahme des 20poligen Steckers, der die verschiedenen Betriebsspannungen für die Röhrenheizung und die Anodenspannung bereitstellt.
Halbleiter-VerstärkermoduleAn den drei Steckplätzen sind bereits alle Verbindungen für eine symmetrische Stromversorgung vorhanden, um auch reine Halbleiterschaltungen betreiben zu können. Somit bestehen optimale Voraussetzungen, um dieses Board auch für weitere Entwicklungen zu nutzen. Wenn Netzteil und Vorverstärker in getrennten Gehäusen untergebracht sind, genügt es, das für die Spannungsversorgung zuständige Flachbandkabel einfach ein Stück länger zu machen. Außerdem besteht jetzt die Möglichkeit, Phono- und Linestufe komplett getrennt zu versorgen, und schließlich wahrt die Spannungsversorgung den wünschenswerten Abstand zum Musiksignal, das als einziges seine Bahnen auf der Platine zieht. Nur die Betriebsspannung für die "Hilfreichen Geister", also Einschaltverzögerung, Tape-Buffer, Fernbedienungsempfänger oder Motorpotentiometer findet ihren Weg auf die Platine: Sie zweigt von der Röhren-Heizspannung des dem Line-Modul zugeordneten Betriebsspannungssteckers ab. AusbaustufenDie Möglichkeiten, die dieser Aufbau bietet, sind größer als zunächst vermutet: Drei Direktsteckverbinder stehen an drei Seiten des Motherboards zur Verfügung, auf der vierten Seite befinden sich die Cinchbuchsen. Rechts außen gibt es einen Steckplatz für eine Phono-Stufe. Wer zu einem Plattenspieler keine Ambitionen hat, kann hier zum Beispiel auch ein Röhren-CD-Filter einstecken. Da Cinchbuchsen sowohl für die Eingänge als auch die Ausgänge dieses Moduls vorgesehen sind, kann man das Ausgangssignal direkt hinter der Phonostufe von außen abgreifen, ohne über den Eingangswahlschalter oder den Lautstärkeregler zu gehen. Auf der anderen Seite besteht die Möglichkeit, ohne weitere Änderungen auf der Grundplatine die Phonoausgangsbuchsen als einen weiteren Hochpegeleingang zu nutzen. Tape-AnschlußInsgesamt stehen 6 Eingänge zur Verfügung, einer davon für den Anschluß eines Tape-Decks. Der Eingangswahlschalter, der diese 6 Eingangsbuchsenpaare verwaltet, ist so ausgelegt, daß das Musiksignal nur einen Schaltkontakt überwinden muß. Um Rückkopplungen bei der Verwendung eines Tape-Decks zu vermeiden, durchläuft das Signal bei der Aufnahme einen weiteren Schalter, der vermeidet, daß das Ein- und Ausgangssignal des Aufnahmegeräts gleichzeitig am Eingang der Line-Stufe anliegen. In der passiven Version liegen 10-Kiloohm-Widerstände im Tape-Ausgang, um die Eingangswiderstände und Kabelkapazitäten des Aufnahmegerätes vom direkten Signalweg zu entkoppeln. Perfekt geht das mit einem Pufferverstärker, und auch hierfür ist ein Steckplatz auf der Platine vorgesehen, allerdings nicht als Direktsteckverbinder, für den kein Platz mehr vorhanden wäre, sondern in Form einer Steckerleiste. Das Hauptsignal läuft über das Lautstärkepoti zu den beiden parallel liegenden Ausgängen, so daß maximal zwei Stereoendstufen - etwa für Biamping-Betrieb - Anschluß finden. Vor und hinter dem Poti befindet sich je ein Steckplatz für einen aktiven Einschub. Der Steckplatz vor dem Poti wird zur Zeit nicht genutzt, hier könnte einmal ein Impedanzwandler, ein digitales Lautstärkepoti oder gar eine Klangregelung ihre Heimat finden. Um ihn zu aktivieren genügt es, zwei 1-mm-Bohrlöcher auf der Platine auf 3 mm aufzubohren. Diese Aktion durchtrennt die Brücke zwischen den Ein- und Ausgängen dieses Steckplatzes. Hinter dem Poti liegt die Line-Stufe aus Teil 1 dieser Artikelserie in K&T 1/97. Läge sie vor dem Poti, wäre der Ausgangswiderstand des Vorverstärkers abhängig von der Potistellung und das Treiben längerer Cinchkabel oder niederohmiger Lasten somit ein Problem. In der Nähe der Ausgangsbuchsen gibt es noch die Möglichkeit, eine kleine Platine einzustecken, die das Ausgangssignal während der Aufwärmzeit der Elektronik gegen Masse schaltet, um Störgeräusche zu vermeiden. Diese Einschaltverzögerung trennt den Signalweg nicht auf, bleibt klanglich also ohne Einfluß. Für die Komfortbewußten unter uns wird es als nächstes eine Infrarot-Fernbedienungseinheit geben, um die Lautstärke entspannt vom Sessel aus zu regeln; ein Orchester mit 140 Leuten wird eben manchmal etwas lauter, und dann ist es beruhigend, die ganze Bande im Griff zu haben, ohne Hechtsprünge machen zu müssen, bevor die Nachbarn verlauten lassen, daß sie doch eigentlich gerne Ihre eigene Musik hören wollten. Das Alps-Potentiometer auf dem Board besitzt zu diesem Zweck einen Motorantrieb. Auftrennbare MasseDie Verbindung der Cinch-Ein- und Ausgangsmassen ist über einen Kurzschlußstecker auftrennbar. Diese Option ist erforderlich, um das Mainboard sowohl als rein passive Schaltzentrale als auch in der aktiven Version optimal konfigurieren zu können; in der passiven Version ohne Verstärkereinschübe ist es sinnvoll, eine kürzestmögliche Masseverbindung zu realisieren. Aktive Verstärkerstufen hingegen benötigen zur optimalen Funktion einen möglichst stabilen Massebezugspunkt, auf den sie sich beziehen können, und der liegt immer an der niederohmigsten Stelle des Netzteils. Um Intermodulationen von Ausgleichsströmen, die über ein einziges Kabel laufen, auszuschließen, gehen von diesem zentralen Massepunkt im Netzteil kanal- und modulgetrennte Masseleiter über das Flachbandkabel zum Motherboard. Auch die Ein- und Ausgangsmassen sollten sich auf diesen Punkt beziehen, was einfach durch Entfernen des Kurzschlußsteckers zu bewerkstelligen ist. Kanalgetrennte SpannungsversorgungMit diesen Voraussetzungen versehen, bietet sich für Perfektionisten die Verwendung von kanalgetrennten Netzteilen an. Diese Betriebsweise ist durch Verwendung eines Zwischensteckers möglich, der die Anodenstromversorgungen zweier Netzteile getrennt auf den rechten und linken Kanal legt. Die Heizspannungen werden sinnvollerweise nicht kanalgetrennt, sondern für die Phono- und Line-Stufe getrennt angeschlossen. Auf den Netzteilplatinen ist zur einfacheren Handhabung dieser Variante noch ein geschalteter Ausgang vorhanden, der bei Bedarf ein zweites Netzteil aktiviert. C37-LackWenngleich das ganze Mainboard auf äußerste mechanische Stabilität getrimmt ist, lohnt sich doch die Behandlung mit C37-Lack. Dieser macht sich noch einmal äußerst positiv bemerkbar. Der HörtestAls Programmquelle diente ein modifizierter CD-Spieler vom Typ Teac VRDS-10, der über einen Entstörtransformator T1 seine Betriebsspannung bezog. Es folgte das Stein'sche CD-Röhrenfilter, von wo aus es über das Modulare Motherboard zur bewährten Stereohybridendstufe ging, die ein Paar Monitor Audio Studio 10 betrieb. Rein passiv, mit einem Überbrückungsplatinchen an Stelle der Linestufe, heimste die Umschalteinheit einiges Lob ein. Diese Variante spielte offen, frisch und frei, mit konturiertem druckvollen Baß und übersichtlicher, stabiler Räumlichkeit. Eigentlich spielte sie für eine passive Lösung zu gut, denn das Signal lief durch einen Eingangswahlschalter, ein Lautstärkepoti und etwa 25 cm Leiterbahn. Dennoch klang das ganze schon wie eine gute Vorstufe. Verwundert gingen wir ans Eingemachte und verbanden ein baugleiches Poti über etwa zwei Zentimeter lange Drahtstücke mit zwei Sätzen Cinchbuchsen der gleichen Art wie auf dem Motherboard. Dieses Unikum ersetzte nun unseren Testkandidaten, und es klang - trotz gleicher Bauteile und erheblich kürzerer Signalwege - schlechter. Dem Bass fehlte es an Kontur, die räumliche Abbildung ließ an Präzision zu wünschen übrig, und das Klangbild löste sich nicht mehr so recht vom Lautsprecher - kurz, es klang so, wie wir es von passiven Lösungen kannten.
Die auf diese Erkenntnis folgende Fehlersuche wurde erfolglos abgebrochen, und auch ein zweites Poti brachte keine Änderung. Zurückgestöpselt auf das Motherboard war alles wieder auf dem Punkt, Ricky Lee Jones stand wieder, wo sie hingehörte und irrte nicht mehr schemenhaft durch den Raum. Weitere Hörvergleiche in den unterschiedlichsten Ketten und mit immer wieder anderen Juroren änderten an diesen Fakten, die bis jetzt für jeden Hörer ohne Mühe eindeutig nachvollziehbar waren, nichts. Eine Erklärung für das Phänomen steht zur Zeit noch aus. Bis diese Erklärung gefunden ist, bleibt uns nicht viel anderes übrig, als uns mit den Tatsachen zu arrangieren und am Klang zu erfreuen. Vielleicht gehört neben einem soliden Grundlagenwissen manchmal auch einfach eine glückliche Hand dazu, ein solch außergewöhnliches Ergebnis zu erzielen. Ein Vergleich mit einem Tänzerpaar bietet sich an: Eine gute Darbietung erweckt immer den Anschein von Leichtigkeit und Unangestrengtheit, es scheint alles ganz leicht zu sein. Aber es war ein langer Weg harter Arbeit dorthin, von der zum Schluß (glücklicherweise!) nicht mehr viel erkennbar ist. FazitDer modulare Vorverstärker klingt schon in seiner passiven Version unerklärlich gut. Das modulare Konzept läßt eine Vielzahl von aktiven Varianten zu, die keine Wünsche offen lassen. Und weitere Ausbaustufen werden folgen. Da sich die gesamte Verdrahtung selbst bei komplexerem Ausbau auf das Netzkabel und ein steckbares Flachkabel beschränkt, ist dieser Bausatz auch für Ungeübte mit einer rechten und einer linken Hand leicht fertigzustellen. ---EinschaltverzögerungDieses zierliche Modul ist als kleine steckbare Platine ausgeführt, die einfach von oben in den vorgesehenen Steckplatz eingesetzt und mit zwei Abstandsbolzen mechanisch fixiert wird. Sie schaltet das Ausgangssignal erst frei, nachdem sich alle Arbeitspunkte des Verstärkers stabilisiert haben. Realisiert wurde sie mit dem Timer-IC 555, das in der angegebenen Dimensionierung von RT und CT nach etwa 17 Sekunden das Relais aktiviert. Eine Änderung der Verzögerungsdauer ist einfach durch Vergrößern oder Verkleinern von CT möglich; größere Werte erhöhen die Zeitspanne und umgekehrt. Im Ruhezustand legt das Relais die Ausgänge der Vorstufe über kleine 11-Ohm-Widerstände an Masse. Der Signalweg bleibt dabei erhalten, die Endstufeneingänge liegen also ebenfalls an Masse. Diese Lösung besitzt den unschätzbaren Vorteil, daß der Signalweg nicht durch die Einschaltverzögerungs- Platine und schon gar nicht über einen Relaiskontakt führt. Ihre Stromversorgung bezieht die Schaltung aus der Heizspannung des Line-Moduls, oder bei Betrieb mit einer Halbleiterschaltung aus deren Betriebsspannung. Ohne angeschlossenes Netzteil kann das Relais natürlich nicht öffnen, es bleibt also sehr ruhig im Lautsprecher... Ferner ist eine Betriebszustandsanzeige auf der Platine integriert, die in der Lage ist, über eine zweifarbige LED Auskunft über den momentanen Schaltzustand zu geben. So kommt man nicht zum falschen Zeitpunkt auf die Idee, angesichts des Verdachts zu niedrig eingestellter Lautstärke das Potentiometer aufzudrehen, um dann nach Aktivierung des Verstärkers seine Lautsprechermembranen vom Teppich kehren zu müssen. STECKBRIEF
Bausatzname: Modulares Motherboard
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