DE19631892A1 - Schaltung zur gezielten Erzeugung des typischen Röhrenklangs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung der für den Röhrenklang von Audioverstärkern und dgl. typischen Har­ monischen.

Im Audiobereich kommen heutzutage zur Signalverarbeitung überwiegend Halbleiter zum Einsatz. Einer der Gründe dafür ist deren relativ geringe Größe, geringe Wärmeentwicklung, geringer Platz, geringer Preis, die es erlauben, kompakte Schaltungen und damit kompakte Geräte aufzubauen. Ein weite­ rer Vorteil von Halbleitern ist, daß mit ihnen relativ pro­ blemlos große Leistungen erzielt werden können. Andererseits besteht ein Nachteil von Halbleitern darin, daß sie oberhalb des Sättigungsbereichs betrieben, sofort und sehr stark ver­ zerren, wobei insbesonder die als sehr unangenehm empfundenen ungeradzahligen Harmonischen bzw. Oberwellen entstehen.

Röhren, die bis heute als Alternative zu Halbleitern im Audiobereich nach wie vor, wenn auch in wesentlich geringerem Umfang eingesetzt werden, haben den vorstehend angeführten Nachteil einer Erzeugung ungeradzahliger Harmonischer ober­ halb des Sättigungsbereichs nicht. Vielmehr zeichnen sich Röhren im Gegensatz zu Halbleitern durch ein unterschiedli­ ches und für das menschliche Ohr angenehmes Klirrverhalten auf, das geradzahlige Harmonische, überwiegend vom K2-Typ, und darüber hinaus keine weiteren Harmonischen aufweist. Ein weiterer Vorteil von Röhren besteht darin, daß die Harmoni­ schen im Bereich der Sättigung "weich" entstehen und damit durch das menschliche Ohr als musikalisch empfunden werden.

Röhren weisen aber auch Nachteile auf. Beispielsweise benöti­ gen sie in der Regel eine hohe Anodenspannung zur Erzielung der gewünschten Verstärkung. Aufgrund dieser hohen Spannung wird die Röhre stark erwärmt, wodurch ihre Standzeit bzw. Lebensdauer sinkt. Ein weiterer Nachteil von Röhren besteht darin, daß bei hohen Verstärkungen der Effekt der "Mikrophonie" hörbar wird, der durch mechanische Vibrationen der Röhrenbestandteile entsteht.

Wie vorstehend angeführt, besteht ein wesentlicher Aspekt von Röhren bzw. Röhrenschaltungen in der Entstehung von geradzah­ ligen Harmonischen im Sättigungsbereich. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Pegel am Eingang der Röhre so hoch aus­ zusteuern, daß die Röhre im gewünschten Arbeitsbereich be­ trieben wird. Diese Betriebsart ist jedoch kritisch, weil sich der Eingangspegel üblicherweise stark ändert. Herkömmli­ che Schaltungen nutzen deshalb häufig einen Eingangsregler zur Aussteuerung der Röhre und einen Ausgangsregler zur Kom­ pensation des Pegels, um gegebenenfalls einen Pegelunter­ schied bezüglich des Röhreneingangs auszugleichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltung zur Erzeugung der für den Röhrenklang von Audiover­ stärkern und dergleichen typischen Harmonischen zu schaffen, die die negativen Begleiterscheinungen der Röhre, wie Wärme, Mikrophonie und Standzeit minimiert und mit einer geringen Bauteilanzahl eine gezielte Erzeugung des Anteils an Harmoni­ schen gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Demnach schafft die Erfindung eine Schaltung zur Erzeugung der für den Röhrenklang von Audioverstärkern und dgl. typi­ schen Harmonischen auf der Grundlage eines Nutzsignals, mit zwei Signalpfaden, die eingangsseitig vom Nutzsignal beauf­ schlagt sind, die jeweils wenigstens eine Röhre enthalten, und die ausgangsseitig an den invertierenden bzw. nicht in­ vertierenden Eingang eines Differenzverstärkers angeschlossen sind, wobei in einem der Signalpfade ein Inverter angeordnet ist, der die Phase des Nutzsignals um 180° dreht, und wobei in einem der Signalpfade ein Pegelsteller angeordnet ist.

Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Schaltung so aus­ gelegt, daß der Differenzverstärker das an seinen Eingängen anliegende Nutzsignal entsprechend der Stellung des Pegel­ stellers addiert, während die in den Röhren stets gleichpha­ sig erzeugten Verzerrungen bzw. Harmonischen gleichphasig am Eingang des Differenzverstärkers anliegen und damit in Abhän­ gigkeit der Stellung des Pegelstellers am Ausgang des Diffe­ renzverstärkers in einem einstellbaren Verhältnis zum Nutz­ signal vorliegen. Der Anteil der Harmonischen zum Nutzsignal läßt sich also mit der erfindungsgemäßen Schaltung dosiert einstellen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung be­ steht darin, daß die Röhre sehr hoch ausgesteuert werden kann, ohne Verzerrungen hörbar werden zu lassen, da die hör­ baren Harmonischen durch das Verhältnis des Signalpegels zwi­ schen den beiden Signalpfaden bestimmt werden, so daß ihre jeweilige Anodenspannung relativ gering gehalten werden kann, und die bekannten negativen Begleiterscheinungen der Röhre bei hoher Anodenspannung, wie Wärme, Mikrophonie und Lebens­ dauer minimiert werden können. Dabei reicht es bevorzugt aus, die Röhre mit einer geringen Verstärkung zu betreiben.

Der Inverter und der Differenzverstärker können bei einer be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung als Halbleiterbauele­ ment ausgelegt sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung ist sowohl der Inverter wie der Pegelsteller im selben Signalpfad angeordnet, wobei der Inverter bevorzugt vor der Röhre angeordnet ist, während der Pegelsteller der jeweiligen Röhre sowohl vor- als auch nachgeschaltet werden kann.

Die erfindungsgemäße Schaltung findet eine vorteilhafte Verwendung in beispielsweise einem Audioverstärker, oder als Interface, um den "kalten" digitalen Klang zu verfeinern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel­ haft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Schaltung zur Erzeugung der für den Röh­ renklang von Audioverstärkern und dgl. typischen Harmonischen basiert auf zwei Signalpfaden 1 und 2, die eingangsseitig an einem Knoten 3 verbunden sind, der einen Nutzsignaleingang bildet, und die ausgangsseitig an den nicht invertierenden Eingang 4 (Signalpfad 1) bzw. den invertierenden Eingang 5 (Signalpfad 2) eines Differenzverstärkers 6 angeschlossen sind, an dessen Ausgang 7 das bearbeitete Nutzsignal anliegt, wie nachfolgend erläutert.

In jedem Signalpfad 1, 2 ist im dargestellten Beispiel je­ weils eine Röhre 8 bzw. 9 angeordnet, die in bekannter Weise verschaltet und insbesondere über einen Widerstand 10 bzw. 11 an eine Versorgungsspannung V_cc angeschlossen ist. Die Röhre 8 im Signalpfad 1 wird direkt vom am Eingang 3 anliegenden Nutzsignal beaufschlagt, während der Röhre 9 im anderen Signalpfad 2 ein Inverter 12 vorgeschaltet ist, der die Phase des am Eingang 3 anliegenden Nutzsignals um 180° dreht. Der Ausgang der Röhre 8 ist über einen Auskoppelkondensator 13 an den nicht invertierenden Eingang 4 des Differenzverstärkers 6 angeschlossen, während der Ausgang der Röhre 9 über einen Auskoppelkondensator 14 unter Zwischenschaltung eines Pegel­ stellers 15 an den invertierenden Eingang 5 des Differenzver­ stärkers 6 angeschlossen ist. Der Pegelsteller kann auch im anderen Weg liegen oder der Röhre vorgeschaltet sein.

Bevorzugt sind die Röhren 8 und 9 vom selben Typ und können mit einer relativ geringen Verstärkung von etwa 20 dB betrie­ ben.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist wie folgt.

Über den Signalpfad 1 wird das am Eingang 3 anliegende Nutz­ signal verstärkt an den nicht invertierenden Eingang 4 des Differenzverstärkers 6 angelegt. Im anderen Signalpfad 2 wird das um 180° gedrehte und in der Röhre 9 um den gleichen Fak­ tor verstärkte Nutzsignal an den invertierenden Eingang 5 des Differenzverstärkers 6 angelegt. Am invertierenden und nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers liegt damit unter der Voraussetzung, daß der Pegelregler 15 nicht betä­ tigt ist, also keine Pegelabschwächung bewirkt, dasselbe Nutzsignal, jeweils um 180° gedreht an. In diesem Fall liegt am Ausgang 7 des Differenzverstärkers 6 das Nutzsignal mit doppelten Pegel an, da der Differenzverstärker in bezug auf das Nutzsignal in den beiden Signalpfaden 1, 2 als Addierer arbeitet. Da die Harmonischen bzw. Oberwellen in den Röhren 8 und 9 gleichphasig erzeugt werden, werden sie im Differenz­ verstärker 6 subtrahiert, so daß am Ausgang 7 des Differenz­ verstärkers 6 im erläuterten Fall (keine Pegelabschwächung im Pfad 2) keine Harmonischen anliegen. Sobald der Pegelregler 15 betätigt bzw. in eine vorbestimmte Abschwächungsstellung gebracht wird, wird eine Differenz zwischen den am nicht in­ vertierenden Eingang 4 und am invertierenden Eingang 5 anlie­ genden Harmonischen im Differenzverstärker 6 erzeugt und am Ausgang 7 ausgegeben. Das heißt, in Abhängigkeit der Einstel­ lung des Pegelstellers 15 läßt sich der Anteil der Harmoni­ schen am Nutzsignal, das am Ausgang 7 des Differenzverstär­ kers 6 anliegt, gezielt einstellen.

Claims (9)

1. Schaltung zur Erzeugung der für den Röhrenklang von Audioverstärkern und dgl. typischen Harmonischen auf der Grundlage eines Nutzsignals, mit zwei Signalpfaden (1, 2), die eingangsseitig vom Nutzsignal beaufschlagt sind und jeweils wenigstens eine Röhre (8, 9) enthal­ ten, und die ausgangsseitig an den invertierenden bzw. nicht invertierenden Eingang (4, 5) eines Differenzver­ stärkers (6) angeschlossen sind, wobei in einem (2) der Signalpfade ein Inverter (12) angeordnet ist, der die Phase des Nutzsignals um 180° dreht, und wobei in einem (2) der Signalpfade ein Pegelsteller (15) angeordnet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (8, 9) in den beiden Signalpfaden (1, 2) vom selben Typ sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Röhren (8, 9) mit derselben Verstärkung betrieben werden.

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Röhren (8, 9) mit einer geringen Verstärkung betrieben werden.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Inverter (12) der Röhre (9) in dem einen Signalpfad (2) vorgeschaltet ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, daß der Pe­ gelsteller (15) der Röhre (9) in dem einen Signalpfad (2) nachgeschaltet ist, sofern die Verstärkung der Röhren gleich ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, daß der In­ verter (12) ein Halbleiterbauelement ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, daß der Differenzverstärker (6) ein Halbleiterbauelement ist.

9. Verwendung der Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche in einer Audioanwendung.