12.01.2009, 06:01 PM
Klirr ist DAS Thema, wenn es um Verstärker geht.
Was Klirr ist und wie er entsteht, ist relativ einfach erklärt:
An jeder gekrümmten Kennlinie werden die ankommenden Signale nichtlinear bearbeitet, also ungleichmässig verstärkt. Und nichtlineare Kennlinien haben wir ganz sicher bei allen Transistoren und mehr oder weniger auch bei allen Röhren. Wie die Krümmung entsteht, soll mal offen bleiben. Dass sie vorhanden ist, ist unbestritten. Und wenn man an einer Geraden ein Signal ?umlenkt?, also etwa aus der Gitterspannung einen Anodenstrom ?generiert?, so hängt die Grösse dieses Anodenstroms von der Steilheit der Geraden ab. Wenn wir die ?Gerade? krümmen, so hat sie eine unterschiedliche Steilheit und damit ändert sich die punktuelle Grösse des Anodenstroms gegenüber jenem der Geraden.
Gleicht die Kennlinie einem schräg gestellten J, so haben wir links unten einen flachen Verlauf, also geringe Verstärkung, rechts oben haben wir eine hohe Steuilheit und somit eine hohe Verstärkung.
Gleicht die Kennlinie irgendwie einem S, so haben wir links unten eine Abflachung und rechts oben ebenfalls. Das würde bedeuten, dass bei beiden Abflachungen die Verstärkung kleiner wird. Dass natürlich die Form erstens spiegelbildlich sein müsste und zweitens bei weitem nicht so ausgeprägt ist, versteht sich.
Jetzt kann man sich fragen, wie es zu so einer S-Kurve kommt: Das kann einmal eine Signalbegrenzung sein, die aber nicht schlagartig einsetzt, sondern relativ sanft. Das kennt man bei ferromagnetischen Vorgängen, also einer Hysteresis.
Man bekommt sowas aber auch (unter gewissen Voraussetzungen) wenn man zwei Verstärkerstufen hintereinander schaltet, die beide die gleiche Verstärkung haben und bei denen die erste Verstärkung durch eine gleich grosse Dämpfung wieder ausgeglichen wird. Da haben wir in jeder Stufe die J-Form, aber durch die Invertierung des Signals wird quasi das zweite J auf den Kopf gestellt. Dies ergibt auch etwas S-förmiges.
Nun kann man die Abflachung der Signale mal zeichnerisch nachbilden. Und man stellt fest, dass man beim J eine Abflachung bei kleinen Strömen bekommt, beim S bei kleinen UND grossen.
Würde man das Ausgangssignal beim J ?halbieren? und den abgeflachten Teil vom nicht abgeflachten abrechnen (zeichnen), so entstände ein neues Signal, das (je nach Form und Verlauf der J-Kurve) dem Ur-Signal entspricht, aber die doppelte Frequenz hat.
Bei einem S-Kurven-Signal wäre das entstandene Produkt ein Ursignal, aber mit dreifacher Frequenz.
Diese ganze Zeichnerei stimmt natürlich nur, wenn die Kurve optimal exponentiell verläuft (oder doppelt / exponentiell / gespiegelt). Dann entsteht ein Klirr mit doppelter Frequenz (K2) oder mit dreifacher Frequenz (K3).
Hat die Kurve einen nicht exponentiellen Verlauf sondern ist irgendwie krumm oder verbeult, so können noch weit höhere Frequenzen entstehen.
Damit ist im Prinzip erklärt, wie es zu Klirr kommt und dass unterschiedliche Frequenzen entstehen können. Es ist somit auch vorstellbar, dass z.B. durch eine harte Begrenzung (Clipping) Frequenzen fast beliebiger Höhe entstehen können.
An dieser Stelle noch das nächste Problem, das an einer gekrümmten Kennlinie entsteht:
Sind zwei oder mehrere Frequenzen vorhanden, so bilden sich an solchen Kennlinien auch Mischprodukte. Wir haben also plötzlich nicht nur z.B. 440Hz mit den Oberwellen (Harmonischen oder K2 und K3) von 880Hz und 1320Hz, sondern wenn wir eine Frequenz von 660Hz hinzu nehmen solche von 220Hz (Differenz) und 1100 Hz (Summe). Und jetzt müssen wir uns das noch mit den Klirrsignalen von 880Hz und 1320Hz und 1880 Hz und den daraus entstehenden Mischprodukten mit Summe und Differenz aller Einzel- und Teilfrequenzen vorstellen. Das gibt eine ellenlange Tabelle an neuen Frequenzen, die aus den zugeführten 440Hz und 660Hz entstanden sind.
Und jetzt kommt (in der nächsten Abteilung) die musikalische Auswirkung und damit die Hörbarkeit solcher Klirr- und Intermodulationsprodukte.
Was Klirr ist und wie er entsteht, ist relativ einfach erklärt:
An jeder gekrümmten Kennlinie werden die ankommenden Signale nichtlinear bearbeitet, also ungleichmässig verstärkt. Und nichtlineare Kennlinien haben wir ganz sicher bei allen Transistoren und mehr oder weniger auch bei allen Röhren. Wie die Krümmung entsteht, soll mal offen bleiben. Dass sie vorhanden ist, ist unbestritten. Und wenn man an einer Geraden ein Signal ?umlenkt?, also etwa aus der Gitterspannung einen Anodenstrom ?generiert?, so hängt die Grösse dieses Anodenstroms von der Steilheit der Geraden ab. Wenn wir die ?Gerade? krümmen, so hat sie eine unterschiedliche Steilheit und damit ändert sich die punktuelle Grösse des Anodenstroms gegenüber jenem der Geraden.
Gleicht die Kennlinie einem schräg gestellten J, so haben wir links unten einen flachen Verlauf, also geringe Verstärkung, rechts oben haben wir eine hohe Steuilheit und somit eine hohe Verstärkung.
Gleicht die Kennlinie irgendwie einem S, so haben wir links unten eine Abflachung und rechts oben ebenfalls. Das würde bedeuten, dass bei beiden Abflachungen die Verstärkung kleiner wird. Dass natürlich die Form erstens spiegelbildlich sein müsste und zweitens bei weitem nicht so ausgeprägt ist, versteht sich.
Jetzt kann man sich fragen, wie es zu so einer S-Kurve kommt: Das kann einmal eine Signalbegrenzung sein, die aber nicht schlagartig einsetzt, sondern relativ sanft. Das kennt man bei ferromagnetischen Vorgängen, also einer Hysteresis.
Man bekommt sowas aber auch (unter gewissen Voraussetzungen) wenn man zwei Verstärkerstufen hintereinander schaltet, die beide die gleiche Verstärkung haben und bei denen die erste Verstärkung durch eine gleich grosse Dämpfung wieder ausgeglichen wird. Da haben wir in jeder Stufe die J-Form, aber durch die Invertierung des Signals wird quasi das zweite J auf den Kopf gestellt. Dies ergibt auch etwas S-förmiges.
Nun kann man die Abflachung der Signale mal zeichnerisch nachbilden. Und man stellt fest, dass man beim J eine Abflachung bei kleinen Strömen bekommt, beim S bei kleinen UND grossen.
Würde man das Ausgangssignal beim J ?halbieren? und den abgeflachten Teil vom nicht abgeflachten abrechnen (zeichnen), so entstände ein neues Signal, das (je nach Form und Verlauf der J-Kurve) dem Ur-Signal entspricht, aber die doppelte Frequenz hat.
Bei einem S-Kurven-Signal wäre das entstandene Produkt ein Ursignal, aber mit dreifacher Frequenz.
Diese ganze Zeichnerei stimmt natürlich nur, wenn die Kurve optimal exponentiell verläuft (oder doppelt / exponentiell / gespiegelt). Dann entsteht ein Klirr mit doppelter Frequenz (K2) oder mit dreifacher Frequenz (K3).
Hat die Kurve einen nicht exponentiellen Verlauf sondern ist irgendwie krumm oder verbeult, so können noch weit höhere Frequenzen entstehen.
Damit ist im Prinzip erklärt, wie es zu Klirr kommt und dass unterschiedliche Frequenzen entstehen können. Es ist somit auch vorstellbar, dass z.B. durch eine harte Begrenzung (Clipping) Frequenzen fast beliebiger Höhe entstehen können.
An dieser Stelle noch das nächste Problem, das an einer gekrümmten Kennlinie entsteht:
Sind zwei oder mehrere Frequenzen vorhanden, so bilden sich an solchen Kennlinien auch Mischprodukte. Wir haben also plötzlich nicht nur z.B. 440Hz mit den Oberwellen (Harmonischen oder K2 und K3) von 880Hz und 1320Hz, sondern wenn wir eine Frequenz von 660Hz hinzu nehmen solche von 220Hz (Differenz) und 1100 Hz (Summe). Und jetzt müssen wir uns das noch mit den Klirrsignalen von 880Hz und 1320Hz und 1880 Hz und den daraus entstehenden Mischprodukten mit Summe und Differenz aller Einzel- und Teilfrequenzen vorstellen. Das gibt eine ellenlange Tabelle an neuen Frequenzen, die aus den zugeführten 440Hz und 660Hz entstanden sind.
Und jetzt kommt (in der nächsten Abteilung) die musikalische Auswirkung und damit die Hörbarkeit solcher Klirr- und Intermodulationsprodukte.