Class-D-Verstärker – der Klang der Neuzeit

Denon PMA-30 – eine Serie mit Stil und Stärke

Besonderheiten

• Impedanzanpassung an angeschlossene Kopfhörer
• Horizontale oder vertikale Aufstellmöglichkeit
• Passend für viele Lautsprecher dank niedriger Ausgangsleistung
• CD-Audioqualität mit Qualcomm aptX Low Latency Technologie

n/a €

inkl 19% MwSt

Beschreibung

Denon ist einer der Hersteller, die sich mit digitalen Verstärkern sehr gut auskennt. Das zeigt er auch wieder mit seiner PMA-30-Reihe. Eine Reihe an Funktionen folgt auf das stilsichere Design. Und auch wenn das Gerät klein aussehen mag, so hat es einiges an Power unter dem Gehäuse. Mehrere digitale Eingänge zieren die Aluminiumfront. Bluetooth-Funktion, NFC und Bass-/Höhenregler sind natürlich inklusive. Ebenso die Fernbedienung, mit der man bequem auf dem Sofa den besten Klang genießen kann. Die Möglichkeit der Impedanzanpassung macht dieses Gerät zur Möglichkeit für viele Lautsprecher und eben auch für Kopfhörer. Nach einiger Zeit der Nichtnutzung, schaltet sich das Gerät praktischerweise von allein wieder ab.

Nubert nuConnect ampX – Funktionstalent

Besonderheiten

• Kompaktes Midi-Format
• Zusätzlicher Phono-Eingang für Plattenspieler
• Für Lautsprecher mit 4 bis 8 Ohm Impedanz ausgelegt
• Steuerung über Fernbedienung, Tastenkreuz auf dem Gerät oder der App

725,00 €

inkl 19% MwSt

Beschreibung

Der Nubert nuConnect ampX ist ebenfalls Teil einer Reihe, die der Hersteller präsentiert. Sie ist die Weiterentwickelung der nuPro X-Aktivserie und zeigt, was man alles in moderne Vollverstärker packen kann. Trotz ihres Midi-Formates hat das Modell eine Reihe an Anschlüssen und Funktionen. Ganz besonders ist hier der Phono-Eingang, der sich selten findet, aber von Plattenspieler-Liebhabern vergöttert wird. Denn dadurch erspart sich der Kauf eines Phono-Vorverstärkers. Wer moderne Handhabung sucht, der wird hier fündig. Das Gerät lässt sich per Tasten steuern, aber auch per mitgelieferter Fernbedienung. Eine App, die für iPhone- und Android-Nutzer entwickelt wurde, kann aber genauso verwendet werden. Das bringt unter anderem die Möglichkeit einen Raum ausmessen zu lassen und ihn so vollständig mit Klang zu füllen.

NAD C 388 – Kombination aus den besten Werten

Besonderheiten

• Hybrid
• Streaming per Bluetooth und BluOS
• Steuerung per App oder Fernbedienung
• Anschluss für 2 Lautsprecher gegeben

1499,00 €

inkl 19% MwSt

Beschreibung

Die Vorzüge eines Class-D-Verstärkers scheinen nicht auszureichen, denn NAD zaubert mit dem C388 gleich mal ein Hybrid-Modell auf den Markt. Angepasst an die moderne Zeit zeigen sich nicht nur das Gehäuse, sondern auch die Funktionen. Dank der Impedanz Anpassung lassen sich viele verschiedene Lautsprecher anschließen, die den klaren Klang der Musik perfekt wiedergeben können. Das Modell bietet durchgängig starke Leistung und bringt eine hohe Qualität mit. Per Bluetooth lässt sich der Verstärker einfach bedienen und anpassen. Zudem ist dank des BluOS Moduls auch Netzwerkstreaming möglich. Damit kann sich der C388 mit dem Internet verbinden lassen und in Sekundenschnelle schallt der Sound durch die ganze Wohnung. Ohne Verlust an Qualität oder Deutlichkeit.

Class-D Verstärker – die neue Welt der Klänge

Bekanntlich ist das Ziel von Verstärkern, dass das Signal, das man vorne reinsteckt, hinten auch wieder rauskommen soll. Nur mit mehr Power. Signalverstärkung also. Dabei soll die Verstärkung das Eingangssignal möglichst linear verlaufen, damit unschöne Verzerrungen vermieden werden. Ebenso soll der Wirkungsgrad möglichst hoch sein, und nicht viel Energie in Wärme umgewandelt werden. Und das Ganze am besten mit hoher Schnelligkeit, also einer starken Impulsfestigkeit. Das ist die Theorie. In der Praxis stößt man leider, wie so oft, auf Probleme.

Idealerweise erfolgt eine lineare Verstärkung über den gesamten Frequenzbereich hinweg, doch die Arbeitskennlinien der elektrischen Bauteile sind nicht linear. Damit meint man die Transistoren und Elektronenröhren. Verzerrungen sind die Folge.

Welcher Verstärker nun die beste Wahl ist, hängt von den eigenen Klangvorlieben ab und den technischen Bedingungen. Lautsprecher und Verstärker stehen in enger Verbindung zueinander.

Vergleich der Verstärker-Klassen

Je nach Schaltungskonzept unterscheiden sich die Klassen der Verstärker. Um einen Vergleich herzustellen, folgen nun ein paar Infos zu den vier Arbeitsklassen, die es gibt. Namensgebend ist dabei die Position des Arbeitspunktes. Verstärker im Class-A-Prinzip besitzen den Arbeitspunkt A.

Class-A

Die älteste Verstärkerart, welche bereits im Röhrenzeitalter Verwendung fand, ist die Klasse A. Sie verstärkt das eingespeiste Signal mit einem einzigen Bauteil. Der Arbeitspunkt befindet sich hier genau in der Mitte, um Verzerrungen bestmöglich klein zu halten. Diese Position hat jedoch einen großen Nachteil, denn der Verstärker wird somit immer angesteuert. Die Folge, es fließt dauerhaft hoher Strom. Oftmals werden A-Class-Verstärker auch als Eintakt-Endstufen bezeichnet. Der Wirkungsgrad ist sehr gering und aufgrund des hohen Stromverbrauches sind diese Modelle nicht energieeffizient. Dafür punkten sie in Sachen Verzerrungen, denn diese kommen hier kaum vor. Um dauerhaft hohe Leistung zu gewährleisten, bedürfen sie leistungsfähiger Transformatoren. Auch die notwendigen Kühlkörper nehmen viel Platz ein. Deshalb sind sie nur noch selten zu sehen.

Class-B

Die sogenannten Gegentaktverstärker nutzen zur Verstärkung zwei Bauteile, die sich das Signal aufteilen. Einer der Transistoren oder Röhren verstärkt die positive Halbwelle, der andere die negative. Der Arbeitspunkt befindet sich im nichtlinearen Teil der Kennlinie, und die Linearität erfolgt schlechter. Auftretende Verzerrungen müssen mit Gegenkopplung reduziert werden, damit reduziert sich auch die Leistung. Der Wirkungsgrad ist dennoch deutlich höher als bei Class-A-Verstärkern.

Class-A/B

Heutzutage werden Class-A/B-Verstärker vor allem im analogen Hi-Fi-Bereich eingesetzt. Wie der Name schon verrät, werden hier die Eigenschaften der Class-A- und Class-B-Verstärker kombiniert. Im kleinen Leistungsbereich wird nur eine Röhre betrieben (Class-A), und im höheren Bereich wird eine zweite dazugeschaltet (Class-B). So kommt es bei kleinen Signalen zu minimalen Verzerrungen und auch bei höherer Aussteuerung entfallen Übernahmeverzerrungen dank der Gegenkopplung. Dabei verringert sich jedoch die Verstärkung. Allgemein sind Class-A/B-Verstärker effizienter als ihre Vorgängerklassen. Sie erreichen eine lineare Verstärkung und sind somit ein gelungener Kompromiss aus beiden.

Class-D

Class-D-Verstärker werden fälschlicher Weise oftmals als Digitalendstufe oder Digitalverstärker bezeichnet. Dieser Fehlschluss kommt zum einem vom Namen, da viele das D mit digital interpretieren. Dabei ist es schlichtweg der Folgebuchstabe gewesen, der auf die drei Vorgänger folgte. Und zum anderen scheint das Prinzip digital. Das stimmt auch nicht wirklich. Zugegeben das Prinzip der Pulsweitenmodulation (PWM) ist vollkommen verschieden zu den vorherigen Prinzipien. Der Irrtum entsteht, weil die Ausgangsstufe bei Class-D-Verstärkern nur zwei Zustände kennt. An oder Aus. Beziehungsweise maximal isoliert oder maximal leiten. Das erinnert viele an die Digitaltechnik, die ebenso mit einer festen Anzahl an Werten arbeitet. Bekannt sind hier vor allem die Computer mit 0 und 1. Jedoch sind der Aufbau und die tatsächliche Arbeitsweise vollkommen analog.

Die wichtigsten Hersteller für Class-D-Verstärker

Worauf sollte man beim Vergleich der Modelle achten?

Wenn man sich auf der Suche nach Hi-Fi-Anlagen befindet, gibt es viele Angaben, die die Hersteller bereitstellen. Um etwas Durchsicht in all dem Fremdwörterchaos zu erhalten, erklären wir ein paar.

Die Leistungsangaben

Interessant für jeden Käufer sind die Leistungswerte. Wer möchte nicht einen starken Verstärker haben, der alles aushält? Dabei gibt es nur ein Problem. Um die tatsächliche Leistung feststellen zu können, müssen die Verstärker an Lautsprecher angeschlossen werden. Somit sind diese Werte immer vom Leistungsvermögen der Lautsprecher abhängig. Dabei gibt es viele Begriffe, die sich je nach Signalart unterscheiden.

Zum einen findet man den Wert zur Nennleistung. Diese gibt Aussage über die durchschnittliche Leistung des Verstärkers. Dabei wird das Gerät in einem festgesetzten Frequenzbereich, üblicherweise 20-20.000 Hz, getestet. Der Test verläuft über einen längeren Zeitraum. Die Nennleistung, auch Root Mean Square (RMS) genannt, kann somit auch als Dauerleistung des Verstärkers angesehen werden.

Weiterhin finden sich oftmals Werte zur Sinusleistung. Diese fällt etwas höher als die RMS-Leistung aus, und wird bei einem Sinus-Dauerton getestet. Dieser Ton beträgt immer 1 kH, damit ein standardisierter Wert festgestellt werden kann. Hierbei wird der Klirrfaktor ermittelt. Der Klirrfaktor beschreibt die nichtlinearen Verzerrungen, also die Abweichungen vom optimalen Verlauf. Zugleich wird damit der Übertragungsbereich festgestellt. Laut der DIN-Norm müssen hochwertige Verstärker diesen Sinus-Dauerton über 10 Minuten lang abgeben können. Dabei darf der Klirrfaktor von 1% nicht überschritten werden.

Zuletzt wird die Spitzenleistung, oder auch Peak Musik Output (PMO) gemessen. Wie der Name schon sagt, wird hier der maximal erreichbare Höchstwert ermittelt. Also die maximale Leistung, die ein Verstärker innerhalb von 10 Millisekunden an die Lautsprecher abgibt. Da dies nur über einen kurzen Zeitraum getestet wird, ist es ein rein theoretischer Wert, und hat nicht viel mit dem dauerhaften Leistungsvermögen zu tun. Weder Netzteil noch der Verstärker können diesen Wert auf Dauer aufrechterhalten.

Neben den Leistungsangaben, ist auch der Wirkungsgrad von Bedeutung. Dieser gibt das Verhältnis von zugeführter und abgegebener Leistung an. Also wie viel Energie tatsächlich in die Verstärkung des Signals übergeht, und was „verloren“ geht. Da Energie nicht neu entstehen kann, und ebenso wenig verloren geht, meint man damit die Umwandlung in Wärme. Das passiert zum Beispiel bei Class-A-Verstärkern extrem. Deren Wirkungsgrad ist sehr gering, da können Class-D-Verstärker glänzen.

Ein weiterer Wert ist die Ausgangsimpedanz. Das ist der Widerstand, welcher am Ausgang des Verstärkers herrscht. Dieser muss an den Eingangswiderstand derjenigen Lautsprecher angepasst werden, die man angeschlossen hat. Deshalb sollte immer darauf geachtet werden, dass die Eingangsimpedanz der Lautsprecher der Ausgangsimpedanz des Verstärkers entspricht. Der Wert kann auch gern etwas höher sein.

Die Verstärker-Arten

Jeder hat schon einmal die ikonischen Verstärker mit ihren Elektronenröhren gesehen. Sogenannte Röhrenverstärker sind robust, und bringen einen warmen, weichen Sound. Dieser entsteht jedoch durch Unschärfe und die Einmischung von weiteren Tönen. Neben diesen bekannten Verstärkern, die trotz ihrer geringen Effizienz immer noch beliebt sind, gibt es noch zwei weitere Verstärker-Arten.

Zum einen die Hybrid-Verstärker. Diese verfügen über Transistoren und Röhren. Damit besitzen sie hohe Leistung und den warmen, beliebten Sound der Röhrenverstärker. Die meisten Musikliebhaber meinen jedoch, dass diese Modelle nicht an die Röhrenverstärker rankommen.

Und zum anderen die Digitalverstärker. Unter diesen Namen laufen die Class-D-Verstärker. Sie bieten dauerhaft hohe Leistung, modernes Design und viele Anschlüsse. Vor allem im Hi-End-Bereich finden sie immer mehr Zuspruch.

Bauteile und Zubehör

Eines der wichtigsten Bauteile ist der Transistor. Wer Wert auf guten Sound legt, sollte besonders auf hochwertige Bauelemente setzen. Das treibt den Preis natürlich hoch. Zudem sollten die Verstärker platzsparend und leicht transportierbar sein. Immerhin benötigen Class-D-Verstärker keine großen Kühlelemente oder sperrige Transformatoren. Die individuelle Anwendbarkeit ist einer der entscheidendsten Vorteile. Dabei fehlt es dennoch nicht an nützlichem Zubehör. Heutzutage gibt es viele Modelle, die einen integrierten Phono-Verstärker besitzen. Über diesen lassen sich ganz beruhigt Plattenspieler anschließen. Ebenfalls ist die Anzahl der Cinch-Eingänge zu beachten. Viele Geräte bieten bis zu 8 nutzbare Anschlüsse an. Aber auch USB-Anschlüsse, 3,5mm Klinke und Bluetooth sind vorhanden.

Funktionsweise der Class-D-Modelle erklärt

Um die genauere Funktion zu verstehen, muss vorab ein Begriff etwas geklärt werden: Transistoren. Natürlich gibt es auch Verstärker, die mittels Röhren betrieben werden, aber diese entfallen vollständig bei Class-D-Verstärkern.

Für die Signalverstärkung in den Geräten ist ein Transistor nötig. Dieser ist ein elektronisch arbeitender Schalter, dessen Funktion auf der Halbleitertechnologie basiert. Dabei ersetzt das Halbleitermaterial die mechanische Komponente normaler Schalter. Seine Leitfähigkeit ist durch das Steuersignal, das eintreffende Audiosignal, beeinflussbar. Mittels des Transistors lässt sich der fließende Leistungsstrom kontrollieren. Denn es erfolgt ein gleichmäßiger Übergang zwischen den einzelnen Schaltzuständen. Somit wird der Bereich zwischen dem Sperrbereich, der nicht elektrisch leitende Teil, und dem Sättigungsbereich, der vollständig elektrisch leitende Teil, genutzt. Dieser wird Verstärkerbereich genannt. Jedoch birgt der Transistor zwei Probleme. Zum einen ist er nur dann elektrisch leitfähig, wenn eine positive Spannung anliegt. Das Audiosignal ist jedoch auf Wechselspannung basierend, und würde somit nur zum Teil verstärkt werden. Die daraus folgenden Verzerrungen sind nicht erwünscht. Zum anderen muss erst ein bestimmter Schwellwert überschritten werden, bevor der Transistor überhaupt von dem Sperrbereich in den Verstärkerbereich übergehen kann. Dadurch käme es ebenso zu Verzerrungen. Mithilfe der verschiedenen Verstärker-Klassen versucht man diese Hindernisse zu lösen.

Betrachten wir nun den Fall des Class-D-Prinzips:

Kurz gesagt: Die Wellenform des Signals wird in eine PWM-Form umgewandelt. Dieses PWM-Signal lässt sich einfacher und stärker verstärken. Danach wird das verstärkte PWM-Signal wieder in eine Wellenform umgewandelt.

Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass das Signal um ein Vielfaches verstärkt werden kann. Und der Großteil der Energie genutzt wird.

Für diejenigen, denen diese Kurzform reicht, geht es unter der folgenden Abbildung mit den Vorteilen weiter. Wer es etwas genauer möchte, kann jetzt weiterlesen:

–PLATZHALTER Abbildung zum Beispiel–

Die unschlagbaren Vorteile der Class-D-Verstärker

Der Vorteil dieser 2 Schaltzustände ist die gering gehaltene Verlustleistung. Die eingespeiste Energie kann also noch effizienter als bei den Vorgängern genutzt werden. Mit einem Wirkungsgrad von circa 90% ist es eine Umsetzung mit kaum Schwund. Da so wenig zugelassen wird, ist auch der Klirrfaktor, also die Verzerrung, sehr niedrig. Es wird wenig Strom verbraucht, und auch keine riesigen Netzteile sind mehr nötig. Ebenso entfallen zusätzliche Kühlkörper und die Größe nimmt signifikant ab. Zugegeben hochwertige Modelle der Class-D-Verstärker können als digitale Verstärker betitelt werden. Da in manchen von ihnen das Eingangssignal digitalisiert wird. Zudem übernimmt in dem Falle ein DSP Rechner die Signalsteuerung.

Gut gepflegte Geräte können bis zu 10 Jahren für klaren, deutlichen Sound sorgen. Und die Auswahl ist groß. Viele Anbieter setzen auf hochwertige Bauteile und eine ebenso aufwendige Produktion. Deshalb ist eine Vielzahl der Modelle vor allem zu Audioausgabe oder Sprachsignalausgabe geeignet.

Nachteile der Class-D-Verstärker

Liest man sich die Kundenbewertungen durch, fallen ein paar Nachteile ins Auge. So wird oft eine langsame Signalverarbeitung beklagt, oder nicht ausbalancierter Klang. Manchen stoßen auch die Anschaffungspreise auf. Das Hauptproblem der Class-D-Verstärker ist hingegen ihre „Totbandzeit“. Diese unschöne Bezeichnung beschreibt auch einen unschönen Effekt. Denn beim Umschalten der Transistoren zwischen den Halbwellen des Eingangssignals, müssen beide für eine kurze Zeit geschlossen werden. Andernfalls könnte es zu Kurzschlüssen kommen, die das Gerät nicht lange verkraften würde. Diese „tote Zeit“ wird aus Sicherheitsgründen oft länger gewählt, als es nötig wäre. Damit gleicht man Bauteiltoleranzen der Massenproduktion, die Bauteilalterung und auch Temperaturdrift aus. Üblicherweise dauert dies 15-45 Nanosekunden. Klingt nach sehr wenig, führt aber zu Kompromissen in der Klangqualität. Denn die Totbandzeit produziert die ungewollten, unangenehmen Verzerrungen. Um dieses zu kompensieren, wenden viele Ingenieure stärkere Rückkoppelungsschaltungen an. Das verringert zwar die harmonischen Verzerrungen, aber führt wiederum zu Intermodulationsverzerrungen. Letztere sind insbesondere für den flachen Klang verantwortlich. Auch sorgen sie dafür, dass die Auflösung abnimmt und der runde Klang in hohen Mitten und Frequenzen schlichtweg fehlt. Damit wird der typisch harsche Klang des Class-D-Verstärkers erschaffen. Dieser ist für manche Musikliebhaber unangenehm, während andere die genaue Übertragung favorisieren.

Die Lösung für das Problem

Das eben beschriebene Phänomen der Klangqualitätsabnahme hat sich Classé angenommen und eine Lösung vorgestellt. Mithilfe proprietärer Schaltungen und DSP-Tools werden die Steuerschaltungen der Totbandzeit analysiert und geregelt. Dabei werden Bauteiltoleranzen jedes einzelnen Verstärkers berücksichtig. Ebenso die Drifts durch Wärme oder Alterung der Bauteile. Daraufhin folgen Optimierungen im Bereich der toten Zeit, der Gesamtleistung und der Schaltfrequenz. Und das Ergebnis ist ein breites und tiefes Klangbild inklusive hoher Frequenzen. Damit sind auch die Mittel- und Hochtonanalgen nutzbar. Der harte Klang verändert sich in feinen, präzisen Sound. Die einzige Voraussetzung hier ist eine ausgesprochen gute Qualität der Tonaufnahme. Denn dieses Modell der Class-D-Verstärker deckt auch nur den kleinsten Fehler auf.

Fazit

Den Röhrenverstärker werden Class-D-Verstärker nie ersetzen können. Aber die Vielzahl an Möglichkeiten und Funktionen geben eine wundervolle Alternative. Wer auf Effizienz, einen geringen Stromverbrauch und detailgetreuen Sound aus kleinen Geräten steht, der sollte sich auf jeden Fall die Class-D-Modelle ansehen. Und bei einer Laufzeit von bis zu 10 Jahren, investiert man sicher gern etwas mehr Geld.