Audioverstärker

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Ein Audioverstärker ist ein Breitband-Verstärker für Wechselspannungen im Niederfrequenz-Bereich von 20 Hz bis 20.000 Hz.

Audioverstärker enthalten eine aus elektronischen Bauelementen konstruierte elektronische Schaltung, die geringe Spannungen (beispielsweise das Audiosignal von einem Tonabnehmer) in höhere Spannungen bzw. Leistung umwandelt, um sie dann über einen Lautsprecher wiedergeben zu können.

Audioverstärker sind Spannungsverstärker. Sie sind Bestandteil einer elektrischen Übertragungskette, an deren Anfang und Ende ein Schallereignis steht.

Ein Audio-Verstärker kann als elektrischer Vierpol betrachtet werden, dessen Ausgangsspannung U_a größer als die Steuerspannung U_e am Eingang ist. Eine Betriebsspannungsquelle (Netzteil oder Batterie) stellt die Energie zur Verfügung.

Zwischen Aus- und Eingangsspannung (Pegel und Momentanwert) besteht meistens ein linearer Zusammenhang. Die Spannungsverstärkung v wird in Dezibel angegeben.

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[Bearbeiten] Gliederung nach Funktion

Audioverstärker können nach ihrer Funktion in einer elektroakustischen Übertragungskette unterschieden werden:

• Vorverstärker bereiten ein sehr kleines Eingangssignal so auf, dass dessen Weiterverarbeitung oder Fortleitung aufgrund eines höheren Spannungspegels und/oder einer günstigeren Ausgangsimpedanz vereinfacht oder erst möglich wird.

• Verzerrer/Entzerrer sind Verstärker mit gezielten Abweichungen vom linearen Frequenzgang (z. B. Emphasis, also Preemphasis und Deemphasis, RIAA-Entzerrer) oder der Linearität (Verzerrer). Im Bereich der Musikinstrumente kann auch ein Effektgerät nichtlineare Verzerrungen erwünschterweise erzeugen.

• Mischpulte bestehen aus einer Anzahl von Vorverstärkern mit verstellbarer Verstärkung und verstellbarem Frequenzgang für mehrere Audiosignale, deren Ausgangssignale additiv zusammengeführt werden. Das Summensignal kann ebenfalls in seinem Pegel beeinflusst werden und dient zum Beispiel zur Speisung eines Endverstärkers oder eines Aufzeichnungsgerätes.

• Zwischenverstärker erhöhen einen durch Fortleitung abgesenkten Pegel oder dienen der Anpassung des Pegels oder der Impedanz zwischen verschiedenen Elementen der Übertragungskette.

• Steuerverstärker enthalten Steuerglieder, die den Pegel, den Frequenzgang, die Stereobalance usw. einstellen lassen oder regeln. Meist sind diese funktioniell mit dem Vorverstärker identisch.

• Schneidverstärker, Aufsprechverstärker, Modulationsverstärker u. Ä. sind das zwischenzeitliche Endglied einer Übertragungskette vor einer Aufzeichnung oder Aussendung. Je nach Erfordernis besitzen sie Eigenschaften von Endverstärkern (z. B. Modulationsverstärker für die Anodenmodulation in Mittelwellen-Sendern).

• Leistungsverstärker oder Endverstärker sind Verstärker, die oft einen relativ hohen Eingangspegel zur Aussteuerung benötigen und ihrerseits keine oder wenige Steuerglieder besitzen. Sie stellen mit möglichst niedriger Ausgangsimpedanz die Spannung für Lautsprecher, Schneidapparaturen (für die Schallplattenaufzeichnung) oder den Modulationsweg (für Sender) bereit.

Mischformen sind z. B. der Mischverstärker und der Vollverstärker.

[Bearbeiten] Gliederung nach Anwendungsgebieten

[Bearbeiten] Heimelektronik

Ziel ist die Wiedergabe von übertragenen oder gespeicherten Audiosignalen. Im Vordergrund stehen wirtschaftliche Herstellung, Design und häufig höchste Verzerrungsfreiheit. Audioverstärker für den Heimgebrauch besitzen wenige Stellmöglichkeiten, zum Beispiel Quellenwahl, Lautstärke, Balance, Frequenzgang.

[Bearbeiten] Studiotechnik

Bei Tonstudios stehen Betriebssicherheit, Dauerhaftigkeit, generelle Robustheit, Unempfindlichkeit gegen elektrische und magnetische Einstreuungen, Rauscharmut, geringe Verzerrungen und eine große Übertragungsbandbreite im Vordergrund. Weiterhin sind gegenüber der Heimelektronik wesentlich umfangreichere Steuermöglichkeiten üblich.

[Bearbeiten] Modulationsverstärker

Zur Aussendung von Audiosignalen als elektromagnetische Welle werden Hochfrequenzsender verwendet, denen das zu sendende Signal aufmoduliert werden muss. Hierfür werden Modulationsverstärker verwendet, welche die Spannung des Audiosignals so verstärken, dass sie bei Amplitudenmodulation den Hochfrequenzpegel des Senders im Signaltakt beeinflussen können. Oft erfolgt diese Modulation gegen Ende des Hochfrequenzsignales, sodass erhebliche Leistungen erforderlich sein können. Modulationsverstärker sind zuverlässig, verzerrungsarm, gegen elektrische Einstreuungen geschützt und besitzen eine definierte Bandbreite.

[Bearbeiten] Verstärker für Musiker und Bühne

Bei Musikern kommen Audioverstärker zum Einsatz, um den Schall der Musikinstrumente zu verstärken. Sie haben oft charakteristische Besonderheiten (z. B. Gitarrenverstärker, teilweise als Röhrenverstärker) oder sind Teil einer Rückkopplungsschleife, die den ursprünglichen Klang des Instrumentes gezielt verändert. Solche Verstärker sind statt an ein Mikrofon oft an einen Tonabnehmer angeschlossen.

Monitorverstärker sind häufig in Monitorboxen integriert (Aktivboxen). Solche Lautsprecherboxen werden von Musikern bei Auftritten benötigt, um sich selbst zu hören. Teilweise sind Monitorverstärker in Mischpulten integriert – sie besitzen eine geringere Leistung als die eigentlichen Endverstärker.

Endverstärker für große Bühnen und Diskotheken haben oft Leistungen im Kilowattbereich. Es sind Transistorverstärker in Gegentakt- oder Vollbrücken-Schaltung (siehe Verstärker (Elektrotechnik)). Immer mehr setzen sich Klasse-D-Verstärker durch, die noch höhere Wirkungsgrade als Gegentaktverstärker besitzen.

[Bearbeiten] Kommunikation / Beschallung

Die Übertragung menschlicher Sprache erfordert nur einen eingeschränkten Übertragungsbereich (z. B. 300 Hz bis 3 kHz). Dieses betrifft z. B. den Bündel- und den Zellularfunk und die drahtgebundene Telefonie. Zur Speisung mehrerer verteilter Lautsprecher (z. B. in einem gesamten Gebäude) werden die Ausgangssignale mit hoher Impedanz (z. B. 600 Ohm) oder hoher Spannung (z. B. 100 V) übertragen und bei jedem Lautsprecher heruntertransformiert.

[Bearbeiten] Gliederung nach Schaltungsart

[Bearbeiten] Eintaktverstärker

Diese Schaltung hat die längste Geschichte. Es wird nur eine Betriebsspannung verwendet, sowie nur ein aktives Bauteil in der Endstufe benötigt. Geringe bis mittlere Gegenkopplungsfaktoren sind üblich, daher ist eine geringe oder mittlere Anzahl von Verstärkerstufen nötig. Besteht die Notwendigkeit symmetrischer Ein- bzw. Ausgänge, werden diese mit speziellen Transformatoren symmetriert oder entsymmetriert. Als Endverstärker sind nur Röhrenverstärker bekannt. Eintakt-Endverstärker haben einen geringen Wirkungsgrad.

[Bearbeiten] Gegentaktverstärker

Dieser Aufbau ist charakteristisch für Verstärker in Halbleitertechnik, es werden jedoch auch Gegentakt-Röhrenverstärker gebaut. Es wird eine Betriebsspannung oder zwei Betriebsspannungsquellen mit gegensätzlicher Polarität benutzt. Kennzeichnend sind zahlreiche Verstärkerstufen, die zumeist als Differenzverstärker aufgebaut sind und direkt (galvanisch) gekoppelt sind. Die hohe Verstärkung der offenen Schleife erlaubt eine starke, stabilisierende und linearisierende Gegenkopplung. Unsymmetrische und symmetrische Ein- und Ausgänge können mit galvanischer Kopplung realisiert werden, sodass eine untere Grenzfrequenz von 0 Hz möglich ist. Gegentaktverstärker besitzen einen höheren Wirkungsgrad als Eintaktverstärker.

Weiteren Typen (Klasse-D-Verstärker und Klasse-E-Verstärker, Brückenverstärker) siehe Kapitel Analogverstärker und im Artikel Endstufe (Elektrotechnik)).

[Bearbeiten] Gliederung nach aktiven Bauelementen

Es werden Transistoren oder Elektronenröhren verwendet. Transistorverstärker werden häufig als monolithischer Integrierter Schaltkreis oder als Modul in Dickschichttechnik realisiert.

[Bearbeiten] Transistorverstärker

Transistorverstärker haben durch ihren niedrigen Preis, ihre geringen Abmessungen, ihre Integrierbarkeit, die Möglichkeit, zwei unterschiedliche Polaritäten von Transistoren (npn, pnp, n-Kanal, p-Kanal) einsetzen zu können, den Betrieb mit vergleichsweise geringen Betriebsspannungen und den Entfall aufwändiger Hilfsspannungsquellen einen weiten Einsatzbereich erlangt. Es kommen Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren zum Einsatz. Häufig werden beide Transistorarten kombiniert.

[Bearbeiten] Röhrenverstärker

Audio-Röhenverstärker

Elektronenröhren sind nicht mehr verbreitet und teilweise schwer beschaffbar. Sie sind aufwändig herzustellen, mechanisch empfindlich und uneffektiv und abgesehen von Mehrsystemröhren nicht integrierbar. Röhrenverstärker benötigen hohe Betriebsspannungen und Hilfsspannungsquellen (Heizung, Gittervorspannung). Im Gegensatz zu Halbleitern ist ihre Lebensdauer begrenzt. Trotz dieser Nachteile haben die Elektronenröhren eine gewisse Bedeutung vor allem bei Heimverstärkern und bei Verstärkern für Musikinstrumente behalten.

Aufgrund der oft unterstellten spezifischen Vor- und Nachteile von Halbleiter- und Röhrenverstärker gibt es Kombinationen, sogenannte Hybride. Man verwendet z. B. aufwandsarme Röhrenvorstufen mit vergleichsweise niedriger Betriebsspannung und kombiniert diese mit Halbleiterendstufen.

[Bearbeiten] Weblinks

• Übersicht über die Verstärkungsarten Class-A, Class-B und Class-AB
• Erklärung zu Class-D Verstärkern mit Grafiken