12.01.2009, 11:29 AM
Ups, da habe ich bei Gerd einen 'wunden Punkt' erwischt. 
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"Klang" von Bauteilen und andere Dreckseffekte
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12.01.2009, 11:37 AM
Zitat:Original geschrieben von audiosix
Es geht in Richi´s Kommentar um Widerstände.
Also die induktive und kapazitive Komponente, danke.
Bei sehr niederohmigen und sehr hochohmigen Widerständen ist das ein grosses Problem.
12.01.2009, 12:06 PM
Zitat:Original geschrieben von oldeurope
Ups, da habe ich bei Gerd einen 'wunden Punkt' erwischt.
Nein, lediglich massenweise Eulen nach Athen getragen.
Zur Abwechslung könntest Du ja mal was neues schreiben, aber bitte nicht solchen Unsinn wie Koppeltrioden und Triodedingenskirchen...
Oder mal anfangen, die in anderthalb Jahren angesammelten Fragen an Dich zu beantorten..
12.01.2009, 12:20 PM
Hallo Gerd & Co, was schreibt Ihr immer von unbeantworteten Fragen?
12.01.2009, 01:07 PM
@Darius: für die von Dir unbeantworteten Fragen haben wir hier nen eigenen Thread. Geh da spielen... 
-----
@all: es gibt also zwei Arten von R-Rauschen
1. das thermische Rauschen, das IMHO sehr wohl abhängig von der Baugröße (und Material?) ist (Minderung: runterkühlen)
und
2. das Stromrauschen. Bei gleichem Strom rauscht ein hochohmiger Widerstand mehr (Minderung: weniger Strom)
Folgerung:
möglichst kleine Widerstände in möglichst kalter Umgebung mit möglichst wenig Strom durchfließen lassen!
-----
@all: es gibt also zwei Arten von R-Rauschen
1. das thermische Rauschen, das IMHO sehr wohl abhängig von der Baugröße (und Material?) ist (Minderung: runterkühlen)
und
2. das Stromrauschen. Bei gleichem Strom rauscht ein hochohmiger Widerstand mehr (Minderung: weniger Strom)
Folgerung:
möglichst kleine Widerstände in möglichst kalter Umgebung mit möglichst wenig Strom durchfließen lassen!
12.01.2009, 01:09 PM
"Bei einer Induktivität mit (Eisen-) Kern, ist die Induktivität noch zusätzlich amplitudenabhängig."
Hysterese ? Hat auch nen relativ linearen Bereich ...
"Also die induktive und kapazitive Komponente, danke.
Bei sehr niederohmigen und sehr hochohmigen Widerständen ist das ein grosses Problem."
???
Schonmal mit modernen Bauteilen gearbeitet ?
milli Rs -> Metallband (µH Bereich)
mega Rs -> Dünnschichttechnik (µH)
Jetzt erkläre mal wo das im Audio Bereich Probleme bereitet ...
Man, man ... bin langsam für nen Threadverbot für Mr. D.
Hysterese ? Hat auch nen relativ linearen Bereich ...
"Also die induktive und kapazitive Komponente, danke.
Bei sehr niederohmigen und sehr hochohmigen Widerständen ist das ein grosses Problem."
???
Schonmal mit modernen Bauteilen gearbeitet ?
milli Rs -> Metallband (µH Bereich)
mega Rs -> Dünnschichttechnik (µH)
Jetzt erkläre mal wo das im Audio Bereich Probleme bereitet ...
Man, man ... bin langsam für nen Threadverbot für Mr. D.
"Ich hab Millionen von Ideen und alle enden mit Sicherheit tödlich."
12.01.2009, 01:27 PM
Zitat:Original geschrieben von Rumgucker
@Darius: für die von Dir unbeantworteten Fragen haben wir hier nen eigenen Thread. Geh da spielen...
[/b]
Meinst Du den Thread in dem Du geschrieben hast, dass Du die Antworten auf Fragen nicht lesen willst?
12.01.2009, 01:32 PM
Zitat:Original geschrieben von Basstler#27
"Bei einer Induktivität mit (Eisen-) Kern, ist die Induktivität noch zusätzlich amplitudenabhängig."
Hysterese ? Hat auch nen relativ linearen Bereich ...
"Also die induktive und kapazitive Komponente, danke.
Bei sehr niederohmigen und sehr hochohmigen Widerständen ist das ein grosses Problem."
...
Jetzt erkläre mal wo das im Audio Bereich Probleme bereitet ...
...
Gerne,
Niederohm-Widerstände zur Stromgegenkopplung in Endstufen,
Hochohm-Widerstände zum Koppeln oder auch in hochohmigen Schaltungen.
12.01.2009, 04:11 PM
Eigentlich dachte ich, wir könnten vernünftig bleiben, aber das ist offensichtlich nicht möglich, weil Darius wieder mal nicht lesen kann!
Die Kapazität bei einem ganz normalen Widerstand ist bei Transistorschaltungen im NF-Bereich kein Thema, weil Xc im Verhältnis zu R um ein vielfaches grösser ist. Es ist zumindest unüblich (von Kondensatormikrofonen abgesehen) Widerstände im zig Megohmbereich einzusetzen.
Dass dies bei Röhren etwas anders sein kann, versteht sich. Nur muss man auch da Xc im Verhältnis zur entsprechenden Impedanz (Quellimpedanz) betrachten. Die Megohm kommen bei Gitterableitwiderständen in Betracht. Aber da haben wir auch die Verdrahtungskapazitäten, die letztlich entscheidender sein werden. Es ist in der bisherigen Entwicklung jedenfalls kein sonderliches Problem gewesen, Röhrengeräte mit linearem Frequenzgang bis 30kHz zu bauen.
Und so ist es doch auch mit der Induktivität von Widerständen. Die Schichtwiderstände mit den Einfräsungen habe ich ebenso erwähnt wie Drahtwiderstände. Letztere ins Netzteil und allenfalls als Endstufen-Emitterwiderstände und erstere in den Müll. So einfach ist das.
Und über Kapazitäten und Induktivitäten als solches, also als eigene Bauteile reden wir später. Möge sich die geneigte (Leser)schaft gedulden.
Die Kapazität bei einem ganz normalen Widerstand ist bei Transistorschaltungen im NF-Bereich kein Thema, weil Xc im Verhältnis zu R um ein vielfaches grösser ist. Es ist zumindest unüblich (von Kondensatormikrofonen abgesehen) Widerstände im zig Megohmbereich einzusetzen.
Dass dies bei Röhren etwas anders sein kann, versteht sich. Nur muss man auch da Xc im Verhältnis zur entsprechenden Impedanz (Quellimpedanz) betrachten. Die Megohm kommen bei Gitterableitwiderständen in Betracht. Aber da haben wir auch die Verdrahtungskapazitäten, die letztlich entscheidender sein werden. Es ist in der bisherigen Entwicklung jedenfalls kein sonderliches Problem gewesen, Röhrengeräte mit linearem Frequenzgang bis 30kHz zu bauen.
Und so ist es doch auch mit der Induktivität von Widerständen. Die Schichtwiderstände mit den Einfräsungen habe ich ebenso erwähnt wie Drahtwiderstände. Letztere ins Netzteil und allenfalls als Endstufen-Emitterwiderstände und erstere in den Müll. So einfach ist das.
Und über Kapazitäten und Induktivitäten als solches, also als eigene Bauteile reden wir später. Möge sich die geneigte (Leser)schaft gedulden.
12.01.2009, 04:41 PM
Zitat:Original geschrieben von Rumgucker
1. das thermische Rauschen, das IMHO sehr wohl abhängig von der Baugröße (und Material?) ist (Minderung: runterkühlen)
und
2. das Stromrauschen. Bei gleichem Strom rauscht ein hochohmiger Widerstand mehr (Minderung: weniger Strom)
1) Das ist so nicht richtig. Tatsächlich liefert ein Widerstand beliebiger Grösse und beliebigen Materials eine Rauschleistung, welche nur von der absoluten Temperatur abhängig ist. Dass dabei Rauschspannung und Rauschstrom vom Wert des Widerstandes abhängig sind, versteht sich. Dass es mit der Baugrösse keinen Zusammenhang gibt liegt daran, dass die Anzahl freier Elektronen prozentual gleich bleibt, auch wenn die Baugrösse ändert.
Das Material hat Einfluss auf den Widerstandswert, nicht aber auf die Rauschleistung, denn diese ist letztlich definiert mit:
Rauschleistung P max = k * T * df
K ist die Bolzmannsche Konstante ( 1,38 * 10[SUP]-23[/SUP] Ws/ Grad Kelvin )
T = Temp in Grad Kelvin
delta f = Bandbreite der Messung.
2) Das Stromrauschen hängt vom Material und dem Strom ab. Es wäre also z.B. zulässig, einen Gitterableitwiderstand aus Kohle zu verwenden, weil er als stromlos betrachtet werden kann (Die Tonspannung ist relativ klein, der Widerstandswert gross, also nahezu NULL Strom). Ein stromdurchflossener Widerstand (Anode, Kathode) hingegen liefert Rauschen. Bei Kohle kann dies ein Vielfaches des thermischen Rauschens sein.
Forderung:
Materialien verwenden (Metallfilm), welche nicht zusätzliches Stromrauschen generieren und Widerstände kühl halten, also eher Widerstände höherer Leistung einsetzen, um die Temperatur tief zu halten.
Wobei zu beachten ist, dass es sich um die absolute Temperatur handelt und sich somit am Rauschen bei 20 Grad mehr oder weniger nichts wirklich entscheidendes ändert.
12.01.2009, 04:55 PM
Zitat:Original geschrieben von richi44
Dass es mit der Baugrösse keinen Zusammenhang gibt liegt daran, dass die Anzahl freier Elektronen prozentual gleich bleibt, auch wenn die Baugrösse ändert.
Gut erklärt. Versteh ich!
Wärmerauschen-Reduzierung: also geeignetes R-Material suchen.
Stromrauschen-Reduzierung: Widerstände parallel schalten?
12.01.2009, 05:16 PM
Wärmerauschen reduzieren geht nicht, damit muss man leben.
Stromrauschen reduzieren NUR mit anderem Material, denn parallel geschaltete Widerstände rauschen zwar einzeln gesehen weniger, aber die Rauschspannung und der Rauschstrom addieren sich und damit hast Du NICHTS gewonnen.
Aber noch etwas, das zum nächsten Kapitel weiterführen soll:
Ich habe eigentlich versucht, die Auswirkungen des Rauschens zu skizzieren, denn entscheidend ist ja nicht ob es rauscht und woher es kommt, sondern in erster Linie, was es beim Zuhörer bewirkt. Ich kann also eine ?weiche? Wiedergabe erreichen, wenn ich ein gewisses Quantum an Rauschen zumische oder einfach toleriere.
Dass es für den Konstrukteur aber wichtig ist, woher das Rauschen kommt, um ein ?zuviel? zu bekämpfen ist logisch und das habe ich im Bereich Widerstände erklärt. Wenn man sich folglich eine Schaltung aufbauen will, welche mit kleinen Signalen arbeitet, ist das Rauschen tatsächlich ein Thema.
Es hilft z.B. nichts, eine Schaltung mit extrem rauscharmen Transistoren oder OPV aufzubauen, wenn man die falschen Werte an Widerständen verbaut und sich damit Rauschen einhandelt. In jedem Fall ist es eine Frage der anliegenden Spannung, welcher Wert optimal sein kann und wo man sich Probleme holt. ?Kochrezepte? gibt es kaum, denn es hängt immer von der konkreten Schaltung und den gestellten Anforderungen ab.
An diesem Punkt möchte ich das Rauschen erst mal verlassen, denn es wird uns bei den Halbleitern und Röhren wieder begegnen.
Stromrauschen reduzieren NUR mit anderem Material, denn parallel geschaltete Widerstände rauschen zwar einzeln gesehen weniger, aber die Rauschspannung und der Rauschstrom addieren sich und damit hast Du NICHTS gewonnen.
Aber noch etwas, das zum nächsten Kapitel weiterführen soll:
Ich habe eigentlich versucht, die Auswirkungen des Rauschens zu skizzieren, denn entscheidend ist ja nicht ob es rauscht und woher es kommt, sondern in erster Linie, was es beim Zuhörer bewirkt. Ich kann also eine ?weiche? Wiedergabe erreichen, wenn ich ein gewisses Quantum an Rauschen zumische oder einfach toleriere.
Dass es für den Konstrukteur aber wichtig ist, woher das Rauschen kommt, um ein ?zuviel? zu bekämpfen ist logisch und das habe ich im Bereich Widerstände erklärt. Wenn man sich folglich eine Schaltung aufbauen will, welche mit kleinen Signalen arbeitet, ist das Rauschen tatsächlich ein Thema.
Es hilft z.B. nichts, eine Schaltung mit extrem rauscharmen Transistoren oder OPV aufzubauen, wenn man die falschen Werte an Widerständen verbaut und sich damit Rauschen einhandelt. In jedem Fall ist es eine Frage der anliegenden Spannung, welcher Wert optimal sein kann und wo man sich Probleme holt. ?Kochrezepte? gibt es kaum, denn es hängt immer von der konkreten Schaltung und den gestellten Anforderungen ab.
An diesem Punkt möchte ich das Rauschen erst mal verlassen, denn es wird uns bei den Halbleitern und Röhren wieder begegnen.
12.01.2009, 05:22 PM
Wenn der Physiker den SR-Abstand vergrößern will, so "integriert" er. Das Rauschen mittelt sich zu Null, während das Nutzsignal über die Zeit immer größer wird.
Auf Audio übertragen: würde es Vorteile bringen, einem Widerstand ganz bewusst eine Kapazität parallel zu schalten, wenn man das Rauschen mindern will?
Auf Audio übertragen: würde es Vorteile bringen, einem Widerstand ganz bewusst eine Kapazität parallel zu schalten, wenn man das Rauschen mindern will?
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.
12.01.2009, 07:32 PM
Gucki, Du bist mir ein bisschen dazwischen gekommen 
Integrieren ist gut, aber integrieren bedeutet Reduktion der Bandbreite bis NULL. Und das Rauschen ist ja eben der Bolzmann mal den Kelvin mal die Bandbreite.
Wenn ich einen Mikverstärker bauen will mit Transistoren, so brauche ich möglicherweise einen Emitterwiderstand von z.B. 15k
Dieser würde rauschen wie die Sau. Also nehme ich einen Elko und integriere auf 1Hz Fg. Und zusätzlich nehme ich einen Widerstand von 10 Ohm in Serie, an welchem die Gegenkopplungsspannung abfällt. Damit habe ich eine Gegenkopplungsmöglichkeit UND eine Arbeitspunktstabilisierung, die rauschfrei ist.
Ich kann aber nicht hingehen und die 15k allein verwenden, integriert auf Fg 1Hz und glauben, das gäbe eine NF-Gegenkopplung.
Wenn man eine Rauschminderung will, so gibt es folgende Möglichkeit:
Man nehme einen Transistor mit kleinem Emitterwiderstand zur Arbeitspunkt-Stabilisierung. Diese Stufe wird mit einem Ruhestrom versehen, welche beim 10-fachen des Quellwiderstandes das geringste Rauschen produziert. Das ist aus den Datenblättern ersichtlich.
Nehmen wir an, wir bekämen an so einem Ding ein Rauschen von -110dBU auf den Eingang bezogen (ein Rauschen von -110dBU wäre also gleich stark wie das Rauschen dieser Stufe). Und das wäre rund 20dB mehr als ein 200 Ohm Widerstand rauscht. Das entspricht also einer Rauschzahl von 20dB.
Und es entspricht einem Eingangsrauschen von 245nV bei einer Bandbreite von ca 20kHz.
Jetzt nehmen wir 10 solche Transistorstufen, jede mit dem selben Rauschen. Das macht (es addiert sich die Leistung, folglich die Spannung mit Wurzel 10) eine Rauschleistungszunahme von 10. Aber die Nutzspannung addiert sich mit dem Nennwert, also 10 fach, was einer Nutzleistungszunahme von 100 entspricht. Somit haben wir eine geringe Rauschzunahme (3,1622776), aber eine grosse Nutzzunahme (10)
Wenn wir das Ganze umrechnen, bekommen wir eine Verbesserung um den Faktor 10dB. Somit haben wir eine Rauschzahl von 10dB.
Also, konkret kann man sicher mit Integration nichts erreichen, weil man damit ja die Bandbreite, also auch die Audiobandbreite reduziert, was nichts bringt.
Man kann durch Parallelschalten von einzelnen, gleichen Stufen das Rauschen reduzieren. Dies geschieht z.B. mit speziellen Mikverstärkern (SSM2017). Dabei sind zig Transistoren parallel geschaltet. Und auf diese Weise ist eine Rauschzahl von unter 3dB möglich. In diskreter Bauweise ist dies aber unrealistisch, weil man nicht einhundert Transistoren parallel betreiben kann.
Integrieren ist gut, aber integrieren bedeutet Reduktion der Bandbreite bis NULL. Und das Rauschen ist ja eben der Bolzmann mal den Kelvin mal die Bandbreite.
Wenn ich einen Mikverstärker bauen will mit Transistoren, so brauche ich möglicherweise einen Emitterwiderstand von z.B. 15k
Dieser würde rauschen wie die Sau. Also nehme ich einen Elko und integriere auf 1Hz Fg. Und zusätzlich nehme ich einen Widerstand von 10 Ohm in Serie, an welchem die Gegenkopplungsspannung abfällt. Damit habe ich eine Gegenkopplungsmöglichkeit UND eine Arbeitspunktstabilisierung, die rauschfrei ist.
Ich kann aber nicht hingehen und die 15k allein verwenden, integriert auf Fg 1Hz und glauben, das gäbe eine NF-Gegenkopplung.
Wenn man eine Rauschminderung will, so gibt es folgende Möglichkeit:
Man nehme einen Transistor mit kleinem Emitterwiderstand zur Arbeitspunkt-Stabilisierung. Diese Stufe wird mit einem Ruhestrom versehen, welche beim 10-fachen des Quellwiderstandes das geringste Rauschen produziert. Das ist aus den Datenblättern ersichtlich.
Nehmen wir an, wir bekämen an so einem Ding ein Rauschen von -110dBU auf den Eingang bezogen (ein Rauschen von -110dBU wäre also gleich stark wie das Rauschen dieser Stufe). Und das wäre rund 20dB mehr als ein 200 Ohm Widerstand rauscht. Das entspricht also einer Rauschzahl von 20dB.
Und es entspricht einem Eingangsrauschen von 245nV bei einer Bandbreite von ca 20kHz.
Jetzt nehmen wir 10 solche Transistorstufen, jede mit dem selben Rauschen. Das macht (es addiert sich die Leistung, folglich die Spannung mit Wurzel 10) eine Rauschleistungszunahme von 10. Aber die Nutzspannung addiert sich mit dem Nennwert, also 10 fach, was einer Nutzleistungszunahme von 100 entspricht. Somit haben wir eine geringe Rauschzunahme (3,1622776), aber eine grosse Nutzzunahme (10)
Wenn wir das Ganze umrechnen, bekommen wir eine Verbesserung um den Faktor 10dB. Somit haben wir eine Rauschzahl von 10dB.
Also, konkret kann man sicher mit Integration nichts erreichen, weil man damit ja die Bandbreite, also auch die Audiobandbreite reduziert, was nichts bringt.
Man kann durch Parallelschalten von einzelnen, gleichen Stufen das Rauschen reduzieren. Dies geschieht z.B. mit speziellen Mikverstärkern (SSM2017). Dabei sind zig Transistoren parallel geschaltet. Und auf diese Weise ist eine Rauschzahl von unter 3dB möglich. In diskreter Bauweise ist dies aber unrealistisch, weil man nicht einhundert Transistoren parallel betreiben kann.
13.01.2009, 08:31 AM
Statt der Parallelschaltung von Transistoren kann man Ringemitter Transistoren verwenden, z.B. von Sanken, Toshiba und Fiujitsu.
Ist etwas gewöhnungbedürftig in einem MC Head Amp mit 150 Watt Endtransistoren zu arbeiten, funktioniert aber gut.
Ist etwas gewöhnungbedürftig in einem MC Head Amp mit 150 Watt Endtransistoren zu arbeiten, funktioniert aber gut.
13.01.2009, 09:12 AM
Damit beeinflussen wir aber nicht das Widerstandsrauschen, und darum ging es erst mal.
13.01.2009, 11:09 AM
Dass die musikalische Empfindung bei der Beurteilung des Klanges einer Anlage eine Rolle spielt, versteht sich und darum will ich ja auf diese musikalische Seite eingehen. Zuvor aber noch einige grundsätzliche Gedanken zu unseren Sinnesorganen.
Dass wir im Düsteren etwas sehen, im strahlenden Licht aber auch, liegt bekanntlich an der Pupille, die sich öffnet und schliesst und damit die Lichtmenge reguliert, welche ins Auge dringt.
Hätte unser Auge einfach eine grosse Dynamik, könnte auf die Pupille verzichtet werden. Tatsächlich ist aber die Augendynamik nur etwa 40dB.
Und beim Ohr ist es nach neuesten Erkenntnissen nicht viel anders. Man weiss zwar noch lange nicht alles, aber es zeigen sich interessante Ansätze.
Sicher ist, dass die Dynamik des Ohres etwa 120dB beträgt als Abstand zwischen der Hörgrenze und der Schmerzgrenze. Nun hat man lange geglaubt, dass dies tatsächlich seine Dynamik sei. Man hat sich aber nicht überlegt, wie es möglich sein soll, eine solche Dynamik über die Nervenbahnen zu leiten. Man hat sich ja lange keine Gedanken gemacht, wie denn die Empfindung des Ohrs überhaupt an unsere CPU, also das Gehirn gelangt.
Man kann sicher davon ausgehen, dass die Signalübermittlung im Körper nach weitgehend einem Muster abläuft. Es wäre ja unsinnig, für jede Reizweiterleitung ein anderes Prinzip zu verwenden.
Was man heute weiss ist die Tatsache, dass für die verschiedenen Frequenzen einzelne Nervenbahnen verwendet werden, zumindest am Ohr-Ausgang. Und man hat festgestellt, dass auf so einer frequenzspezifischen Nervenbahn Impulse laufen. Je höher die Repetitionsfrequenz, desto höher ist der Pegel des zugehörigen Tons.
Sicher dabei ist, dass die Impulsbreite ein bestimmtes Minimum nicht unterschreiten kann, weil die Reizleitung eine bestimmte Trägheit hat.
Und wenn man eine bestimmte Impulsbreite voraussetzt, so gibt es eine obere Grenzfrequenz, bei welcher aus den Impulsen eine ?DC? wird.
Diese ganzen Untersuchungen sind noch nicht abgeschlossen. Aber sicher ist doch auch, dass es auch eine untere Grenze für die Repetitionsfrequenz geben muss, und die liegt vermutlich da, wo wir eine akustische Impulsfolge nicht mehr als Ton, sondern als einzelne Impulse empfinden.
Ich gehe jetzt einfach mal davon aus, dass es eine Varietät der Repetitionsfrequenz von maximal 1:100 gibt. Wenn wir diesem System eine zusätzliche Verstärkung einfügen, so können wir damit eine Dynamik von 60dB darstellen. Würden wir die Verstärkung erhöhen, so käme es zu Unstabilitäten bezw. ein ?Jitter? im System würde uns eine Lautstärkemodulation empfinden lassen, die nicht existiert.
Jetzt haben wir aber gesagt, dass es zwischen unhörbar leise und Schmerzgrenze nicht 60dB braucht, sondern 120dB. Also braucht es eine ?akustische Pupille?. Und sowas gibt es tatsächlich.
Das Innenohr wird ja mit Schall versorgt. Und im Innenohr gibt es in der Schnecke die Basilarmembran, also so eine Art ?Rasenstreifen? und darauf wachsen die Sinneszellen. Nun sind die Sinneszellen in der Mitte des Weges die Empfängerzellen und am Randstreifen befinden sich Senderzellen.
Die Senderzellen werden durch die Empfängerzellen angeregt, sodass die Flüssigkeitsbewegung im Innenohr verstärkt wird.
Soweit ist man bisher.
Jetzt kommen die Bereiche, wo man noch nicht weiter ist. Es wird ja behauptet, dass das Ohr die Phase des Schallsignals nicht erkennen könne. Wenn man die Signalweiterleitung zum Gehirn betrachtet mit dem sporadischen Geklapper ist das logisch. Wenn man aber die Funktion der Senderzellen betrachtet, müssen diese doch phasengleich schwingen, wenn sie verstärken wollen. Und wenn sie verstärken können, wie man vermutet, dann können sie, falls sie gegenphasig schwingen, auch abdämpfen.
Ob wir nun ein System bauen, das aus fast nichts eine Verstärkung hin bastelt oder ein System, das immer mehr oder weniger stark abdämpfend wirkt oder beide Systeme kombinieren, lassen wir vorderhand mal offen. Sicher ist, dass alle drei Varianten denkbar sind. Und mit diesen Varianten sollten wir eigentlich eine Totaldynamik von 120dB schaffen, wobei die eigentliche Auflösung nur etwa 60dB beträgt.
Und was dabei als ?Abfallprodukt? noch anfällt ist die Tatsache, dass zumindest das Ohr sehr wohl die Phase detektieren kann, auch wenn es diese Information nicht ans Gehirn weiterleitet.
Ich kann mir vorstellen, dass das Gehirn z.B. die Regelung des Ohrs mitgeteilt bekommt. Und es ist auch nicht auszuschliessen, dass auch die Phase mitgeteilt wird. Diese beiden Signale (vermute ich) werden aber nur sehr rudimentär übertragen.
Es ist doch Tatsache, dass wir einen anhaltenden Ton eines Instrumentes orten können und den Weg verfolgen, den es in der Umgebung beschreitet.
Würde das Instrument im 0,1 Sekunden Takt jeweils neu gestartet (angeblasen), so wären diese Anblasgeräusche als jeweiliges Startsignal auswertbar und es könnten die Laufzeitunterschiede verwertet werden. Bei einem anhaltenden Ton fehlt aber diese Information und es bleibt nur die Phasendifferenz als Folge der Laufzeit. Und trotzdem können wir den Weg verfolgen...
Dass die Phase komplexer Klänge nicht mehr feststellbar ist, kann man verstehen. Da gibt es aber genügend Impulse, welche eine Laufzeit darstellen können.
Ich will damit zu einem Weiterdenken anregen. Es ist doch offensichtlich, dass noch nicht alles rund ums Ohr erforscht ist. Also lohnt es sich, die Literatur und das Internet dahingehend zu verfolgen. Und es scheint, dass nicht alles, was bisher als unwichtig abgetan wurde (Phase) auch wirklich belanglos ist. Und letztlich ist gerade die Erkenntnis der ?akustischen Pupille? etwas, das neue Grundlagen, aber auch neue Aspekte der Hörbarkeit (im physikalischen Sinne) fördert.
Dass wir im Düsteren etwas sehen, im strahlenden Licht aber auch, liegt bekanntlich an der Pupille, die sich öffnet und schliesst und damit die Lichtmenge reguliert, welche ins Auge dringt.
Hätte unser Auge einfach eine grosse Dynamik, könnte auf die Pupille verzichtet werden. Tatsächlich ist aber die Augendynamik nur etwa 40dB.
Und beim Ohr ist es nach neuesten Erkenntnissen nicht viel anders. Man weiss zwar noch lange nicht alles, aber es zeigen sich interessante Ansätze.
Sicher ist, dass die Dynamik des Ohres etwa 120dB beträgt als Abstand zwischen der Hörgrenze und der Schmerzgrenze. Nun hat man lange geglaubt, dass dies tatsächlich seine Dynamik sei. Man hat sich aber nicht überlegt, wie es möglich sein soll, eine solche Dynamik über die Nervenbahnen zu leiten. Man hat sich ja lange keine Gedanken gemacht, wie denn die Empfindung des Ohrs überhaupt an unsere CPU, also das Gehirn gelangt.
Man kann sicher davon ausgehen, dass die Signalübermittlung im Körper nach weitgehend einem Muster abläuft. Es wäre ja unsinnig, für jede Reizweiterleitung ein anderes Prinzip zu verwenden.
Was man heute weiss ist die Tatsache, dass für die verschiedenen Frequenzen einzelne Nervenbahnen verwendet werden, zumindest am Ohr-Ausgang. Und man hat festgestellt, dass auf so einer frequenzspezifischen Nervenbahn Impulse laufen. Je höher die Repetitionsfrequenz, desto höher ist der Pegel des zugehörigen Tons.
Sicher dabei ist, dass die Impulsbreite ein bestimmtes Minimum nicht unterschreiten kann, weil die Reizleitung eine bestimmte Trägheit hat.
Und wenn man eine bestimmte Impulsbreite voraussetzt, so gibt es eine obere Grenzfrequenz, bei welcher aus den Impulsen eine ?DC? wird.
Diese ganzen Untersuchungen sind noch nicht abgeschlossen. Aber sicher ist doch auch, dass es auch eine untere Grenze für die Repetitionsfrequenz geben muss, und die liegt vermutlich da, wo wir eine akustische Impulsfolge nicht mehr als Ton, sondern als einzelne Impulse empfinden.
Ich gehe jetzt einfach mal davon aus, dass es eine Varietät der Repetitionsfrequenz von maximal 1:100 gibt. Wenn wir diesem System eine zusätzliche Verstärkung einfügen, so können wir damit eine Dynamik von 60dB darstellen. Würden wir die Verstärkung erhöhen, so käme es zu Unstabilitäten bezw. ein ?Jitter? im System würde uns eine Lautstärkemodulation empfinden lassen, die nicht existiert.
Jetzt haben wir aber gesagt, dass es zwischen unhörbar leise und Schmerzgrenze nicht 60dB braucht, sondern 120dB. Also braucht es eine ?akustische Pupille?. Und sowas gibt es tatsächlich.
Das Innenohr wird ja mit Schall versorgt. Und im Innenohr gibt es in der Schnecke die Basilarmembran, also so eine Art ?Rasenstreifen? und darauf wachsen die Sinneszellen. Nun sind die Sinneszellen in der Mitte des Weges die Empfängerzellen und am Randstreifen befinden sich Senderzellen.
Die Senderzellen werden durch die Empfängerzellen angeregt, sodass die Flüssigkeitsbewegung im Innenohr verstärkt wird.
Soweit ist man bisher.
Jetzt kommen die Bereiche, wo man noch nicht weiter ist. Es wird ja behauptet, dass das Ohr die Phase des Schallsignals nicht erkennen könne. Wenn man die Signalweiterleitung zum Gehirn betrachtet mit dem sporadischen Geklapper ist das logisch. Wenn man aber die Funktion der Senderzellen betrachtet, müssen diese doch phasengleich schwingen, wenn sie verstärken wollen. Und wenn sie verstärken können, wie man vermutet, dann können sie, falls sie gegenphasig schwingen, auch abdämpfen.
Ob wir nun ein System bauen, das aus fast nichts eine Verstärkung hin bastelt oder ein System, das immer mehr oder weniger stark abdämpfend wirkt oder beide Systeme kombinieren, lassen wir vorderhand mal offen. Sicher ist, dass alle drei Varianten denkbar sind. Und mit diesen Varianten sollten wir eigentlich eine Totaldynamik von 120dB schaffen, wobei die eigentliche Auflösung nur etwa 60dB beträgt.
Und was dabei als ?Abfallprodukt? noch anfällt ist die Tatsache, dass zumindest das Ohr sehr wohl die Phase detektieren kann, auch wenn es diese Information nicht ans Gehirn weiterleitet.
Ich kann mir vorstellen, dass das Gehirn z.B. die Regelung des Ohrs mitgeteilt bekommt. Und es ist auch nicht auszuschliessen, dass auch die Phase mitgeteilt wird. Diese beiden Signale (vermute ich) werden aber nur sehr rudimentär übertragen.
Es ist doch Tatsache, dass wir einen anhaltenden Ton eines Instrumentes orten können und den Weg verfolgen, den es in der Umgebung beschreitet.
Würde das Instrument im 0,1 Sekunden Takt jeweils neu gestartet (angeblasen), so wären diese Anblasgeräusche als jeweiliges Startsignal auswertbar und es könnten die Laufzeitunterschiede verwertet werden. Bei einem anhaltenden Ton fehlt aber diese Information und es bleibt nur die Phasendifferenz als Folge der Laufzeit. Und trotzdem können wir den Weg verfolgen...
Dass die Phase komplexer Klänge nicht mehr feststellbar ist, kann man verstehen. Da gibt es aber genügend Impulse, welche eine Laufzeit darstellen können.
Ich will damit zu einem Weiterdenken anregen. Es ist doch offensichtlich, dass noch nicht alles rund ums Ohr erforscht ist. Also lohnt es sich, die Literatur und das Internet dahingehend zu verfolgen. Und es scheint, dass nicht alles, was bisher als unwichtig abgetan wurde (Phase) auch wirklich belanglos ist. Und letztlich ist gerade die Erkenntnis der ?akustischen Pupille? etwas, das neue Grundlagen, aber auch neue Aspekte der Hörbarkeit (im physikalischen Sinne) fördert.