Stereo-Vollverstärker mit Digitaleingängen

Letztes Update: 31.03.12

Zur Abwechselung mal ein einfaches Elektronikprojekt für Zwischendurch... weil ganz ohne Software! 

Ein HiFi-Verstärker zum Betrieb mit 2 Lautsprecherboxen ist ja nun wirklich nichts Neues. Warum also selber sowas bauen?

Na ja, das alte Problem. Das was es zu kaufen gibt passt mir irgendwie nicht. Außerdem fristen die "normalen" Stereoverstärker seit dem Surround- und Dolby-irgendwas- Boom ein echtes Schattendasein im Markt. Wer einen Verstärker mit Digitaleingängen sucht muss meist zu einem sogenannten AV-Receiver greifen und diesen im Stereomode betreiben. Etwas Platzsparendes für auf den Schreibtisch ist das jedoch nicht.

So war zumindest der Stand Ende 2007, als das Konzept und die Schaltungen für den Verstärker entstanden. Der Bau desselben folgte dann spontan 4 Jahre später... :-)


Eckpunkte des Projekts:


Der Verstärker wird mit dem Lautsprecher NuBox 311 betrieben, sowie mit einem HD650 Kopfhörer. 




 
Fangen wir mit den Äußerlichkeiten an. Die Gehäuseabmessungen des Verstärkers betragen 222mm (Breite) x 95mm (Höhe) x 350mm (Tiefe über alles). Das Gehäuse wurde mit Hilfe von sogenannten Gehäuseprofilen aufgebaut, die die Längskanten bilden. Seiten- und Deckelbleche werden in die Nuten dieser Profile eingeschoben, das Bodenblech wird über eine Mutternut fest angeschraubt. Front- und Rückplatte werden über M5-Schrauben verschraubt, wobei die Schrauben sich selbst ein Gewinde in das Gehäuseprofil schneiden. Der große Vorteil dieser Aufbautechnik besteht darin dass nur einfache Bleche ohne Abkantungen o.ä. angefertigt werden müssen, sowie die Profile auf Länge gesägt. 

Deckel und Seitenbleche bestehen aus 1,5mm starkem Lochblech (Typ Rv 3-5). In das glatte Bodenblech (Stärke 2mm) wurden selektiv Lüftungsöffnungen eingebracht. Die Rückwand und das frontseitige Trägerblech für die Bedienelemente hat eine Stärke von 3mm. Über dieses Trägerblech wird eine 5mm starke Frontplatte gesetzt.

Die Poti- und Tasterknöpfe wurden aus Aluminium-Vollmaterial selbst gedreht.

Das Gehäuse wurde pulverbeschichtet mit einer weißen Feinstruktur. Für die Frontplatte und die Bedienelemente wurde Dunkelsilber Metallic Perleffekt verwendet. Der Beschriftungsstreifen, ein laminierter Papierausdruck, liegt in einer vertieften Nut. Ein getöntes Acrylglas ist bündig eingelassen und bildet das Fenster.






Der Innenraum bietet eigentlich keine Überraschungen. Ein Ringkerntrafo (200VA, mit 2x26,6V~ Sekundärspannung und 2x 18V~ Abgriff), zwei größere Kühlkörper, eine Platine mit dem Leistungsteil, 2 Platinen für die Analog- bzw. Digitaleingänge, eine Bedienelemente-Platine, und eine Platine für die Aussteuerungsanzeige.




Die beiden Bargraph-Anzeigen mit jeweils 10 LEDs und logarithmischer 3dB-Teilung wurden rund um den LM3915 aufgebaut. Einen tiefergehenden Sinn hat die Anzeige mangels einer kalibrierten Skalierung nicht. Sie fungiert lediglich zur visuellen Unterstreichung des Höreindrucks.  
Eine Siebensegment-Anzeige zeigt an welcher Eingang 1...6 mittels des darunter befindlichen Stufenschalters ausgewählt wurde. Falls ein Digitalsignal anliegt leuchtet die links davon befindliche blaue LED.


 


Der Verstärker hat 4 Analogeingänge (Cinch), und 4 Digitaleingänge (davon 2x Toslink und 2x koaxial). Zwei der Digitaleingänge ist ein paralleler Analogeingang zugeordnet, auf den automatisch umgeschaltet wird wenn kein Digitalsignal anliegt.





Für die Digitaleingänge (Platine unterhalb des Trafos in obigem Bild) wird der Digital Audio Interface Receiver CS8416 verwendet. Nachgeschaltet ist der DA-Wandler CS4334.

 


Die Analogeingänge werden über Reed-Relais umgeschaltet. Im direkten Signalweg werden übrigens generell Folienkondensatoren und COG Keramikkondensatoren eingesetzt. Elkos werden nur zum Puffern der Versorgungsspannungen o.ä. verwendet.




Kommen wir nun zum wesentlichen (Leistungs-)Teil. Der integriete DMOS Audio Amplifier TDA7293 sorgt für ausreichend Power bei geringem Schaltungsaufwand. Er wird im einfachen Modus betrieben, also ohne die im Datenblatt angegebenen Möglichkeiten zur Leistungssteigerung.

Ausgangsseitig befindet sich eine Relaisbeschaltung, die nicht nur das Einschaltknacken unterdrückt (was der TDA7293 auch selbst tun könnte), sondern auch eine Abschaltung der Lautsprecher beim Auftreten einer DC-Spannung am Ausgang bei einer Fehlfunktion realisiert. Als weiteren Lautsprecherschutz sind Schmelzsicherungen eingebaut. Für den Kopfhörerausgang ist ein zweites Relais in DIL-Bauform vorhanden, da der Lautsprecher-Schalter an der Frontplatte auf das Lautsprecher-Relais wirkt. Die beiden Relais können optional auch von einer Temperaturüberwachung an den Kühlkörpern abgeschaltet werden, die bisher aber noch unbestückt ist.   

Das Kopfhörer-Signal wird über einen 3:1 Spannungsteiler von den Endstufen abgegriffen, wobei sich eine Quellenimpedanz von ca. 40 Ohm ergibt. 






Je nach angeklemmter Sekundärwicklung des Trafos wird die Endstufe mit ca. +/-24V oder +/-35V betrieben. Zumindest im letzten Fall wird die erreichbare RMS Ausgangsleistung durch die Wärmeableitung vom Chip bzw. die Ableitung über die Kühlkörper an die Umgebung limitiert. Messungen hierzu stehen hier noch aus. Es ist übrigens die Möglichkeit vorgesehen links und rechts der Kühlkörper je einen Lüfter einzubauen. Die entsprechende temperaturabhängige Ansteuerung befindet sich auf der Endstufenplatine. 






Zur internen Verkabelung wird ein Flachbandkabel als Bus für Versorgungsspannungen und Schalt- bzw. Zustandssignale verwendet. Die NF-Signale werden über abgeschirmte Kabel zwischen den Platinen transportiert.





Das Bild der Geräterückseite ist natürlich von den verschiedenen Steckverbindern geprägt. Links die Cinch-Buchsen der Analogeingänge, in der Spalte daneben die beiden Toslink Eingänge bzw. unten die Koaxial-Eingänge für die digitalen Signale. Die Lautsprecherkabel werden über einfache Klemmen angeschlossen.  





Ziemlich schnell stellte sich heraus dass die neuen Lautsprecher im Regal oder wandnah auf einer Vitrine viel von ihrer Klangqualität einbüßen, da der Bassbereich dröhnig wird. Frei aufgestellt, im klassischen Stereodreieck, auf Ohrhöhe, sind sie dagegen mustergültig in Linearität und Impulsverhalten.

Es müssen also Boxenständer her. Und es ist mal wieder zum Verzweifeln... maßlich unpassend, schrottige Qualität, unmögliches Design, unverschämt teuer. Also schon wieder was selber bauen! *stöhn* 
Meine Gedanken fokussieren sich in die Richtung Granit-Bodenplatte mit Edelstahlsäule...

 
Update 31.03.12

So, das ging jetzt alles relativ schnell. Ein paar Designs durchgespielt, Material besorgt, zurechtgeschnitzt und zusammengebastelt.

Und das ist daraus geworden:



Die Bodenplatten bestehen aus 30mm starkem Granit der Sorte "Star Galaxy" - was auch sonst :-),  die Säulen mit Durchmesser 60mm sind geschliffene V2A-Rohre. Oben und unten schließen die Rohre mit einem selbstgedrehten Aluflansch ab. Das Paket wird mit einer langen Gewindestange verspannt. Der untere Flansch ist mit Epoxidharz-Kleber auf die Granitplatte aufgeklebt.




Die Lautsprecher stehen auf einer entsprechend großen Aluplatte mit Gummipuffern. Die Platte ist mit schwarzem Strukturfarbe pulverbeschichtet (exakt passend zum Lautsprechergehäuse).




Das Kabel wird im Inneren der Säule verlegt.






Die Ständer heben die Lautsprecher auf eine Höhe von 700mm an. Das Gewicht eines Ständers beträgt ca. 7 kg.

Die statische Dimensionierung ist so erfolgt dass die erforderliche Kippkraft der Boxen/Ständerkombi etwa so groß ist wie bei der auf dem Tisch stehenden Box allein. Der Kippwinkel beträgt ca. 13°. Beides ließe sich noch vergrößern wenn im unteren Bereich ein Rundstahl zur Beschwerung in die Säule kommt. Das scheint mir aber nicht nötig zu sein.

Ach so, der Klang! Mindestens so gut wie zuvor mit den improvisierten Karton- und Bücherstapeln.



(c) Martin Raabe 2012