Aktivbox TA-A3

Diese Seite beschreibt eine von mir zum ersten mal im Auftrag gebauten 3 Wege-Aktivanlage. Das war für mich schon eine sehr große Herausforderung, die ich aber sehr gerne angenommen habe. Die Form des Gehäuses wurde vom Besitzer ebenso selbst bestimmt, wie deren Farbe. Lediglich bei den technischen Gegebenheiten habe ich die "Erlaubnis" zum Einfluss bekommen. Schließlich sollte ja auch etwas gut klingendes am Ende herauskommen. Der Auftraggeber hat zwar gerne Musik gehört, aber von der rein audiotechnischen Seite war und ist er völlig unbeleckt. Da konnte ich meine erworbenen Elektronikkenntnisse voll zum Einsatz bringen.

Das Boxengehäuse

Das Boxengehäuse besteht aus 30 mm starkem MDF (hoch verdichteter Pressspan) und ist absolut luftdicht aufgebaut (unendliche Schallwand). Die Lackierung wurde nach Vorgaben des Auftraggebers ausgeführt. Der Bassbereich funktioniert nach dem geschlossenen Prinzip (für einen linearen Frequenzgang), der Mittelton nach dem Dipol Prinzip (für die Räumlichkeit im Stimmbereich) und der Hochton nach dem nach vorn gerichteten Direktstrahl Prinzip (für die optimale Ortbarkeit der hochfrequenten Anteile der Musiksignale).

In das Gehäuse wurde in der Rückwand eine Aussparung für die Elektronik vorgesehen. Der Elektronikblock wird dabei von hinten eingeschoben und einigen simplen Schrauben an der Rückwand befestigt, obwohl er ein stattliches Gewicht hat und alleine schon deshalb eigentlich nicht "wandern" kann. 

Die Lautsprecherchassis

Die Bestückung der Chassis wurde aus rein klanglicher Sicht ausgewählt, es sollte nur das Beste eingesetzt werden.

So sind für den Bass gleich zwei 265mm Konusse von Isophon hereingekommen, die zusammen einen satten Schalldruck produzieren. Es sind zwei 4-Ohm Chassis in Reihe geschaltet, die zusammen dann normale 8 Ohm für den Verstärker ergeben. Durch die doppelte Abstrahlfläche erreichen sie einen abgrundtiefen Bass, der dem Zuhörer einen Schauer den Rücken herunter laufen lässt. Neben dem enormen Tiefbass spielen die Bässe auch mit einem gewaltigen Punch auf. Aufgrund der nicht ganz so wuchtigen Größe sind die Membranen der Bässe noch relativ leicht, so dass sie recht schnell in Bewegung versetzt werden können. Es ist eine wahre Freude diesen Bass zu erleben.

Für den mittleren Bereich fiel die Wahl auf den traumhaften Fostex FS 21 RP, der durch seine kristallklaren Stimmen bisher noch jeden überzeugt hat. Außerdem ist er schon vom Konzept her ein Dipol-Lautsprecher, was mir und dem Besitzer sehr entgegen kam. Dadurch klingt er äußerst räumlich, was bei der richtigen Montage eine überwältigende "Raumtiefe" erzeugt. Dennoch stehen dabei die Stimmen definiert im Raum. Seine ultraleichte Folienmembran kann den extrem schnellen Signalen auch mühelos folgen. Knackige Impulswiedergaben sind die Folge. Bewegungen Es ist wirklich traumhaft.

Der Hochton konnte hier in der Folge gar kein anderer, als ein Bändchenhochton von Technics sein, der einfach fantastisch die oberen Frequenzen darstellt, wie kein anderer! Für mich ist und war gerade der TH400 der beste Bändchenhochtöner, der je gebaut wurde, gemessen an seinem Preis. So seidenweich, kristallklar und extrem schnell und somit so impulstreu wie er konnte keiner eine Violine darstellen. Aber auch bei "härteren" Einsätzen konnte er bisher immer überzeugen. Leider wird dieses Modell nicht mehr produziert, was für mich schon sehr schade ist.

Die Elektronik

Eine aktive Lautsprecheranlage heißt deshalb "aktiv", weil hier die Weiche zur Auftrennung der einzelnen Frequenzen in die jeweiligen Übertragungsbereiche der Lautsprecher aktiv, d. h. elektronisch ausgeführt werden.

Der erste 3 Wege Aktiv-Verstärker im vollständigen Selbstbau. Er basiert auf einer symmetrischen Schaltungstechnik beim symmetrischen Eingang und den Endstufen. Über die "aktive Weiche" werden die Frequenzen in die zu den Lautsprechern passenden Frequenzen aufgeteilt. Bei den Endstufen arbeiten im Leistungsteil Transistoren vom Typ Hex-FET , bei denen jeder einzelne eine Verlustleistung von 100 Watt verträgt. Der Treiberteil arbeitet ebenfalls mit Hex-FET's, die für die extreme Schnelligkeit des Verstärkers verantwortlich sind. Der Ausgang der Endstufen ist mit einer DC-Schutzschaltung versehen, die bei Gleichspannungen von mehr als + oder - 1,2 V die Lautsprecher sofort von den Endstufen trennen um Schäden an den Lautsprechern zu vermeiden.

Die gesamte Elektronik ist in ein aus 2 mm starkem Stahlblechgehäuse (schwarz brüniert) eingebaut, wobei die Be- und Entlüftung der Elektronik nach dem Kaminprinzip aufgebaut wurde. Damit ist immer für eine ausreichende Belüftung des gesamten Elektronikeinschubs gesorgt.

In allen Baugruppen werden ausschließlich diskrete und besonders rauscharme Bauteile verwendet. Alle eingesetzten Bauteile sind unter streng definierten Bedingungen ausgewählt und verarbeitet.

Netzteil(e)

Die Endstufen werden von einer sogenannten Einschaltverzögerung "sanft" eingeschaltet, damit nicht bei jedem Einschalten die Haussicherung herausfliegt. Der Grund dafür liegt im Netzteil, das mit einem Ringkerntrafo und den nachfolgenden hochkapazitiven Ladeelko's ausgestattet ist. Eine Besonderheit an diesem Einschub ist die Möglichkeit, die Aktivelektronik per Ferneinschaltung über einen Vorverstärker oder ein beliebiges anderes Steuergerät, das eine Ausgangsspannung von ca. 12 V= Gleichspannung bei etwa 0,1 A liefert, einzuschalten. Das bedeutet, das dieses Gerät mit seinem Einschalten auch gleich die Endstufen mit einschaltet. Falls ein solcher Schaltausgang nicht zur Verfügung steht, kann der Verstärker selbstverständlich auch manuell eingeschaltet werden. Das "Nebennetzteil" für die Weiche, die Symmetriewandlung, die "Ferneinschaltung" und die Primärverzögerung habe ich auf einer gemeinsamen Platine untergebracht.

Nach einem Eingangsentstörfilter wird der komplette Block mit Strom versorgt. Der 360VA-Ringkerntrafo hat einen sehr niedrigen Innenwiderstand und eine relativ kleine Bauform im Bezug auf seine abgegebene Leistung. Der Vorteil dabei ist, das die Verlustleistungen und damit die Wärmeentwicklung im Trafoinneren sehr gering sind. Der Nachteil allerdings ist der durch den niedrigen Innenwiderstand hervorgerufene hohe Einschaltstrom! Dieser wird aber, wie oben beschrieben "eingebremst".

Die Ladeelko's mit insgesamt 60000µF, im Bild links leider nur schlecht zu erkennen, die nach dem Gleichrichter folgen, tun ein Übriges zum hohen Einschaltstrom. Man sieht aber auch noch eine eingeschleifte Drossel zur Unterdrückung der Brummspannung und zur Glättung der Gleichspannung des Hauptnetzteils. Diese C-L-C Anordnung ist ein inzwischen uralter Trick aus den Anfängen der Röhrenzeit.

Eingang

Der Eingang ist umschaltbar zwischen einer herkömmlichen vergoldeten Cinchbuchse und einem XLR-Stecker ausgeführt, während die Ausgänge der Endstufen direkt mit den Lautsprechen verbunden sind.

Der Eingang des Aktiveinschubs kann, wie schon gesagt, über Cinch oder über XLR benutzt werden (im Bild links gut erkennbar). Die Auswahl wird mit einem kleinen Schalter auf der Rückseite bestimmt. Fällt die Wahl auf Cinch, so wird das Eingangssignal direkt mit der nachfolgenden "Aktivweiche" verbunden. Man sieht auf dem Bild auch sehr gut den "Automatik/Manuell"-Powerschalter und die Sicherungen für Steuer- und Laststromkreis.

Die Frage nach dem "Warum XLR?" kann sehr einfach beantwortet werden:
Bei einer Kabelverbindung zwischen Vor- und Endverstärker kann es je nach Länge des  Kabels zu Störeinstrahlungen durch andere elektrische Geräte wie Staubsauger, Bohrmaschinen, z. T. Computer, Funkanlagen etc. kommen. Da diese Strahlungen nicht immer vermieden werden können, muß man sich mit einer geschickten Kabelanordnung dagegen schützen.

Störstrahlungen dringen immer in die Kabel ein, oft auch noch durch abgeschirmte Kabel. Verlegt man nun zwei identische Leitungen innerhalb eines Kabels, und sendet über diese beiden Leitungen "gegenphasige" Signale, so werden zwar auch hier die Störungen eingestrahlt. Diese "verstrahlten" Signale gelangen nun auch in das Zielgerät. Dort allerdings sind dann die Störstrahlungsanteile im Signal nicht "gegenphasig". 

Führt man diese beiden Signale in einen Symmetrie-Asymmetriewandler, werden die Signale am Ausgang wieder ausgegeben. Da gegenphasige Signale im Wandler weiterverarbeitet werden, und gleichphasige Störeinstrahlungen nicht, bleibt am Ende nur das ursprüngliche Signal übrig, denn das war ja schon vor dem Austritt in das "symmetrische" Kabel als Signal vorhanden. Näheres zum Thema Kabel siehe auch in Cinchkabel.

Bei der Wahl über den XLR-Eingang gelangt das Signal zuerst mal in einen Symmetrie-Asymmetrie Wandler der mit einem Spezialbauteil realisiert wurde. Dieses ist ein einziges IC, in dem alle benötigten aktiven Elemente integriert sind. Der Vorteil liegt in der optimierten Zusammenstellung der zu diesem Zweck notwendigen Bauteile. Da diese Bauteile möglichst genau aufeinander abgestimmt sein müssen, um einen Störungsfreien Betrieb zu gewährleisten, ist die Wahl darauf gefallen. Ein weiterer Vorteil liegt in der extrem driftarmen Arbeitsweise der gesamten Schaltung innerhalb des IC's.

Weiche

Bei der Aktiven 3 Wege-Weiche liegen die Trennfrequenzen bei 800 Hz und 5 kHz. Für jeden der 3 Kanäle gibt es ein Präzisionstrimmpotentiometer zur Einstellung der Ausgangsspannung.

Die aktive Weiche trennt nun die Frequenzen in drei für die Lautsprecher passende Anteile auf. Das geschieht übrigens mit einer Flankensteilheit von 24 dB / Oktave. Die Filtercharakteristik entspricht einem Besselfilter (für geringe Phasenverschiebung und einen geradlinigen Frequenzverlauf verantwortlich). Dieser Filtertyp hat den Vorteil, schnell ansteigende Signale sauber und ohne Oberwellenanteile zu übertragen. Das kann man von anderen Filtertypen nicht behaupten. Der Besselfilter ist zwar nicht so steil wie andere Filter, aber das wird locker mit der gesamten Filtersteilheit der Weiche wieder aufgefangen.

Endstufe

Die nachfolgenden Endstufen haben jetzt nur noch die Aufgabe, die jeweiligen getrennten Kleinsignale aus der Weiche auf Lautsprechergerechte Pegel zu verstärken. Eine davon sieht man links im Bild. Diese Endstufen arbeiten mit Hexfets sowohl in den Treiberstufen als auch in den Leistungsstufen. Diese Transistoren haben ausgezeichnete Eigenschaften. Selbstverständlich ist die gesamte Endstufenelektronik in voll symmetrischer Schaltungstechnik aufgebaut. Die Leistungsverstärker sind extrem stabil ausgelegt. Sie können auch noch an Lasten bis 2 Ohm betrieben werden, obwohl sie das hier nicht brauchen. Einmal auf Leistungspegel gebracht, verlassen die Signale nach einer integrierten DC-Kontrolle auf der Endstufenplatine den Endverstärker in Richtung der einzelnen Lautsprecher Chassis.

Technische Daten

Anmerkung: Der Ursprung dieser Verstärkerschaltungen liegt in älteren aber immer noch sehr guten Schaltungstechniken aus dem ELEKTOR-LABOR in Aachen.

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