Klasse R: Neuartiger Hybridverstärker für Audio
Kurz nach Ende März tauchte in einem Leak einer japanischen Automobilfirma ein völlig neuartiges Verstärkerkonzept auf, das dank Rekuperation enorm energiesparend ist. Scheinbar ist das Konzept von Hybrid-Antrieben in Sachen Wirkungsgrad ausgereizt, weshalb jetzt dem Energieverbrauch der Bordelektronik auf die Pelle gerückt wird.
Man sollte es kaum glauben, das heute noch am guten alten Audioverstärker Verbesserungen möglich zu sein scheinen, die bislang als undenkbar galten, nach all den Jahrzehnten an Forschungen und Verbesserungen. Noch interessanter ist, dass dieser Durchbruch ausgerechnet einem japanischen Hersteller gelungen zu sein scheint, der bisher vor allem durch schlecht designte, aber dank Hybridantrieb sehr spritsparende Autos bekannt ist.
Aber vielleicht liegt es genau daran, dass bisher vor allem auf Wiedergabequalität geachtet wurde und Steigerungen des Wirkungsgrads nur durch Digitalisierung mit all ihren Nachteilen zu haben war. Und eine Endstufe, bei der das analoge Eingangssignal zunächst mit endlicher Genauigkeit digitalisiert und dann in kleinen Datenpäckchen verarbeitet um dann so lala gequantelt wieder in analoge Signale für den Lautsprecher verwandelt zu werden, ist für viele audiophile Zeitgenossen nach wie vor eine Zumutung! Da kann auch der bessere Wirkungsgrad einer Digitalendstufe nicht darüber hinweg trösten.
Sie erinnern sich vielleicht, dass eine Klasse-A-Endstufe selbst im praktisch nicht erreichbaren Idealfall bei Vollaussteuerung einen Wirkungsgrad von höchstens 50 % erreichen kann, bei Teillast wird es dann katastrophal. Aus diesem Grund werden Klasse-AB-Endstufen bevorzugt, die dank geringerem Ruhestrom bei Volllast immerhin in die Nähe des Wirkungsgrads einer Klasse-B-Endstufe von 2/3 kommen, ohne deren Nachteile wie massive Übernahmeverzerrungen. In Autoradios hingegen werden schon seit einigen Jahren durchweg Klasse-D-Endstufen eingesetzt, die theoretisch bis knapp unter 100 % Wirkungsgrad kommen – in der Praxis immerhin irgendwo zwischen 80 % und 90 %, dafür aber „Digitalklang“ mit sich bringen.
Die neuartige Klasse R (das R kommt von Rekuperation oder englisch „recover“) hingegen nutzt den Effekt, die nicht genutzte magnetische Energie der Schwingspule eines dynamischen Lautsprechers beim Zurückfedern in Speicherkondensatoren aufzufangen (zu rekuperieren) und diese Energie zur nächsten Beschleunigung der Schwingspule zu nutzen, also quasi zu recyceln. Wie das geleakte Schaltbild zeigt, sind hier lediglich 4 Dioden und zwei Speicherkondensatoren erforderlich. Dass die Sache so einfach ist, darauf muss man erst einmal kommen! Das Spin-off UnoQuattro des japanischen Herstellers betont in einer ebenfalls geleakten E-Mail, in die der Elektor-Redaktion heute kurz Einsicht gewährt wurde, dass die Schaltung selbst mit den gezeichneten vier Schottky-Dioden noch suboptimal ist, obwohl die Störungen im Fahrgeräusch selbst von Elektroautos untergehen würden. Sie arbeiten daher an einem Chip, der statt der Dioden vier LowRes-Power-MOSFETs ansteuert und mögliche Klangbeeinflussungen durch sanftes Schalten auf ein Minimum reduziert.
Wen interessiert, was mit einer Klasse-R-Endstufe möglich ist, der kann folgende Überschlagrechnung nachvollziehen: Ein normaler dynamischer Lautsprecher hat einen Wirkungsgrad von etwa 3 %. Das heißt, dass Verluste von rund 97 % entstehen – übrigens auch bei einem Digitalverstärker! Nur grob 3 % der zugefügten elektrischen Energie werden in hörbare mechanische Energie in Form von Schallwellen übertragen. Das ist noch weit schlimmer als beim Benzinmotor! Rekuperiert man nun die in der Schwingspule gespeicherte Bewegungsenergie der Schwingspule des Lautsprechers, dann erhält man die nicht verbrauchte Energie einfach wieder zurück. Rechnet man mit weiteren 2 % Verlusten der Rekuperationselektronik, so können nach Adam Riese bis zu 95 % der nicht genutzten Energie rekuperiert werden. Dies entspricht dem Faktor 20! Mit anderen Worten: Mit einem kleinen 5-W-Steckernetzteil für Handys könnte man einen Verstärker betreiben, der einem konventionellen 100-W-Verstärker vergleichbar ist.
Details sind der Pressemitteilung von UnoQuattro zu entnehmen.
Aber vielleicht liegt es genau daran, dass bisher vor allem auf Wiedergabequalität geachtet wurde und Steigerungen des Wirkungsgrads nur durch Digitalisierung mit all ihren Nachteilen zu haben war. Und eine Endstufe, bei der das analoge Eingangssignal zunächst mit endlicher Genauigkeit digitalisiert und dann in kleinen Datenpäckchen verarbeitet um dann so lala gequantelt wieder in analoge Signale für den Lautsprecher verwandelt zu werden, ist für viele audiophile Zeitgenossen nach wie vor eine Zumutung! Da kann auch der bessere Wirkungsgrad einer Digitalendstufe nicht darüber hinweg trösten.
Sie erinnern sich vielleicht, dass eine Klasse-A-Endstufe selbst im praktisch nicht erreichbaren Idealfall bei Vollaussteuerung einen Wirkungsgrad von höchstens 50 % erreichen kann, bei Teillast wird es dann katastrophal. Aus diesem Grund werden Klasse-AB-Endstufen bevorzugt, die dank geringerem Ruhestrom bei Volllast immerhin in die Nähe des Wirkungsgrads einer Klasse-B-Endstufe von 2/3 kommen, ohne deren Nachteile wie massive Übernahmeverzerrungen. In Autoradios hingegen werden schon seit einigen Jahren durchweg Klasse-D-Endstufen eingesetzt, die theoretisch bis knapp unter 100 % Wirkungsgrad kommen – in der Praxis immerhin irgendwo zwischen 80 % und 90 %, dafür aber „Digitalklang“ mit sich bringen.
Die neuartige Klasse R (das R kommt von Rekuperation oder englisch „recover“) hingegen nutzt den Effekt, die nicht genutzte magnetische Energie der Schwingspule eines dynamischen Lautsprechers beim Zurückfedern in Speicherkondensatoren aufzufangen (zu rekuperieren) und diese Energie zur nächsten Beschleunigung der Schwingspule zu nutzen, also quasi zu recyceln. Wie das geleakte Schaltbild zeigt, sind hier lediglich 4 Dioden und zwei Speicherkondensatoren erforderlich. Dass die Sache so einfach ist, darauf muss man erst einmal kommen! Das Spin-off UnoQuattro des japanischen Herstellers betont in einer ebenfalls geleakten E-Mail, in die der Elektor-Redaktion heute kurz Einsicht gewährt wurde, dass die Schaltung selbst mit den gezeichneten vier Schottky-Dioden noch suboptimal ist, obwohl die Störungen im Fahrgeräusch selbst von Elektroautos untergehen würden. Sie arbeiten daher an einem Chip, der statt der Dioden vier LowRes-Power-MOSFETs ansteuert und mögliche Klangbeeinflussungen durch sanftes Schalten auf ein Minimum reduziert.
Wen interessiert, was mit einer Klasse-R-Endstufe möglich ist, der kann folgende Überschlagrechnung nachvollziehen: Ein normaler dynamischer Lautsprecher hat einen Wirkungsgrad von etwa 3 %. Das heißt, dass Verluste von rund 97 % entstehen – übrigens auch bei einem Digitalverstärker! Nur grob 3 % der zugefügten elektrischen Energie werden in hörbare mechanische Energie in Form von Schallwellen übertragen. Das ist noch weit schlimmer als beim Benzinmotor! Rekuperiert man nun die in der Schwingspule gespeicherte Bewegungsenergie der Schwingspule des Lautsprechers, dann erhält man die nicht verbrauchte Energie einfach wieder zurück. Rechnet man mit weiteren 2 % Verlusten der Rekuperationselektronik, so können nach Adam Riese bis zu 95 % der nicht genutzten Energie rekuperiert werden. Dies entspricht dem Faktor 20! Mit anderen Worten: Mit einem kleinen 5-W-Steckernetzteil für Handys könnte man einen Verstärker betreiben, der einem konventionellen 100-W-Verstärker vergleichbar ist.
Details sind der Pressemitteilung von UnoQuattro zu entnehmen.
