Kopfhörerverstärker mit C3g
von Heinrich Siemens


Dieses Projekt setzt die low-Budget Reihe fort und ist mit minimalem Schaltungsaufwand aufgebaut. Es sollte nur eine Röhre pro Kanal benutzt werden, die allerdings auch alle mögliche (auch niederohmige) Kopfhörer genug aussteuern kann. Außerdem soll die Schaltung ohne AÜ auskommen (OTL).
Diesmal will ich, soweit es mir gelingt, den kompletten Werdegang der Schaltung zu erläutern.

  • Grundlegendes:

  • Der Verstärker wird zunächst als Generator mit dem Innenwiderstand Ri/G betrachtet, der an eine Last mit dem Innenwiderstand Ri/L angeschlossen ist.
    Da wir verschiedene RL betreiben wollen, und auch ein bestimmter Ri frequenzabhängig ist, müssen wir mit einem D Ri/L rechnen, dabei ist der Betrag aus dem Impedanzunterschied verschiedenen Kopfhörer ausgerechnet und beläuft sich auf ca. 600 W .
    Die Durchschnittbelastbarkeit moderner Kopfhörer ist mit ca. 200 mW anzunehmen.
    Für den niedrigsten (mir bekannten) Ri/L gilt:
    Ri = 35 W ; P = 200 mW; daraus I = 75 mA; U = 2,6 V.

    Das sind zunächst statische Werte, die aber die nötigen Spannungs- und Stromwerte für die Aussteuerung eines solchen Kopfhörers ausreichend dimensionieren.
    Für den höchsten Ri/L gilt: Ri = 600 W; P = 200 mW; daraus I = 18,2 mA; U = 11 V
    Somit haben wir die maximalen Eckdaten: Imax = 75 mA; Umax = 11 V.
    Der Verstärker soll demnach diese Werte im Dauerbetrieb liefern können ohne übersteuert zu werden, nur bei dieser Voraussetzung sind auch genug Aussteuerungsreserven für Kopfhörer unterschiedlicher Impedanz zu erwarten.
    Ferner soll dafür gesorgt werden, dass der Ri der Schaltung nicht viel höher als Ri/L wird um die Verstärkerstufe leistungsmäßig an die Last anzupassen. In diesem Fall wird der Verstärker maximal mögliche Leistung an den Verbraucher abgeben, was auch gewünscht wird. Wiederum, da die Schaltung nur eine Röhre enthält, soll die entsprechend geringen Innenwiderstand aufweisen.

  • Röhrenauswahl:

  • Zur der Auswahl der Röhre verweise ich auf folgenden Link, der die Eigenschaften dieser Röhre ausreichend beschreibt:

    http://www.jacmusic.com/nos/C3g-C3m-info.html

    Datenblätter unter :
    http://frank.pocnet.net/sheets/062/c/C3g.pdf

    Die c3g weist im Triodenbetrieb (der Verlauf der Kennlinien ist dabei vorbildlich linear und triodentypisch) einen Innenwiderstand von 2,3 kW bei einer Verstärkung von µ = 40 dabei beträgt der Anodenstrom 17 mA bei einer Steilheit von S = 17 mA/V und einem Rauschwiderstand von < 200 W (!), die Röhre ist geschirmt, hat vergoldete Kontaktstifte und weißt alle hervorragende Eigenschaften einer SQ Röhre auf.

  • Arbeitspunktberechnung:





  • Der Arbeitspunkt wurde möglichst nahe an den empfohlenen mit folgenden Daten gewählt: Ua = 195 V; Ia = 16mA; Ug = -3V bei Ub = 300V; Ra = 6,8 KΩ; Rk = 180 Ω.
    Bei einem CD – typischen Pegel von 2 V (D Ug) ergibt sich eine Leistung von Pa = (D Ia * D Ua) / 2 = (9 mA * 60 V) / 2 = 270 mW.
    Dabei sind wir weit genug von den Aussteuerungsgrenzen entfernt d.h. der Verstärker arbeitet bei nominaler Leistung im nahezu linearen Bereich und kann Signalpegel bis zur 8 Volt / SS mühelos verarbeiten was einem Leistungspegel von 2,9 Watt entspricht. Diese Werte sind für die gestellten Anforderungen (siehe oben) ausser dem Imax für den Belastungsfall 35 Ohm (da sind nur ca. 100 mW drin was übrigens bei dem üblichen Wirkungsgrad moderner Kopfhörer >90 dB sehr laut ist) ausreichend.

  • Schaltungsauswahl:

  • Hier stoßen wir auf mehrere Möglichkeiten solch eine Schaltung zu realisieren. Letztendlich entscheiden die gestellten Anforderungen die Zusammensetzung der Schaltung, dabei spielen auch gewisse Vorlieben und Erfahrungen sowie die zu Verfügung stehende Bauteile und auch die Kosten nicht zu unterschätzende Rolle.
    Da aber eine Diskussion über die Vor und Nachteile jedes einzelnen Schaltungs-Designs den Rahmen des Berichtes sprengen würde, gehe ich gleich zu der Schaltung über, die ich entwickelt habe.

    (Mit der Maustaste anklicken, es wird dann in voller Auflösung dargestellt.)

    Schaltbild

    Ich habe mich wie folgt entschieden: einstufige Katodenbasisschaltung mit passivem Widerstand als Last; c3g – Röhre in Triodenschaltung; kapazitive Entkopplung; Brückengleichrichtung mit RC-Siebung im Netzteil.
    Hierbei ist ein besonderer Wert darauf gelegt möglichst einfache und trotzdem audiophile Schaltung zu realisieren, die Kosten im Rahmen zu halten, und den gewünschten Klang zu erreichen.
    Die meisten Audioquellen haben einen Kondensator im Ausgangskreis deshalb kann hier darauf getrost verzichtet werden (sollte es nicht der Fall sein, so ist ein Koppelkondensator selbstverständlich notwendig). Nach dem Pegelsteller kommt das Signal über ein 1 KW Widerstand auf das Steuergitter.
    Als Anodenwiderstand ist ein Standartwert von 6,8 KW aus der E12 Reihe eingesetzt. Obwohl die Verlustleistung des Widerstandes ca. 2 W beträgt, ziehe ich an dieser Stelle Keramikwiderstände mit Pmax = 5 W vor, ich mag keine heißen Widerstände!
    Katodenwiderstandswert ist ebenfalls dem Datenblatt entnommen und beträgt 180 W was eine Ug von ca. –3 V ergibt. Der ist wechselspannungsmäßig mit ausreichend großem Kondensator überbrückt.
    Dem Auskoppelkondensator C4 sollte besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Der wichtigste Punkt dabei ist die Sicherheit. Keiner möchte Hochspannung am Kopfhörer haben! Deshalb sollte die Wechselspannungsfestigkeit mindestens das doppelte der Anodenspannung betragen, 600 Volt sind also keine Übertreibung sondern Notwendigkeit. An dieser Stelle möchte ich noch mal auf die Sicherheit bei der Arbeit mit hohen Spannungen hinweisen.
    Ferner ist der C4 der einzige Kondensator im Signalweg und sollte von der besten Qualität sein. Ich habe mineralölgefüllte MKV Kondensatoren von Siemens eingesetzt (Daten: Siemens MKV B25833-U6106-A009 10 µF 660 V/AC 50-60 Hz), die sind auch im Bezug auf die Sicherheit (s.o.) kaum zu übertreffen.
    Diese Kondensatoren sind schwarz lackiert und mit einer zugeschnittenen PG 29 Verschraubung aus Kunststoff unten verklebt, so dass die stehend montiert werden können (siehe Aufbaubild). Auch eine gute Wahl sind die MP Kondensatoren der Fa. Bosch oder MKP Kondensatoren WIMA. Hier kann auch experimentiert werden, da bei nur einer Röhre im Signalweg sind möglicherweise auch Klangunterschiede bei den Koppel C-s festzustellen. Bei nicht angeschlossenen Kopfhörern arbeitet die Schaltung an den Widerstand R5.

  • Aufbau:

  • Kopfhörer werden auch akustische Lupen genannt, deshalb sollte man beim Aufbau der Schaltung möglichst gute und erprobte Bauteile einsetzen um Brumm und Rauschen zu vermeiden. Am Eingang ein Lautstärkeregler ALPS oder ähnlicher Qualität, auf die Festwiderstände gehe ich bewusst nicht ein, hier sollte sich jeder selbst entscheiden, was er nimmt, ich habe z.B. uralte Kohleschichtwiderstände probeweise eingesetzt, und konnte leider keinen nennenswerten Unterschied zur modernen Metalloxidschicht im hörbarem Bereich feststellen.
    Im Netzteil sind Nippon; Siemens und F&T Kondensatoren eingesetzt, der Netztrafo stamm aus einem alten Loewe Opta – Tonbandgerät und liefert sekundär 250 V/100 mA und 6,3 V/1 A. Er ist mit einer Abdeckhaube aus handelsüblichem Alu-Lochblech versehen und mittels PVC-Scheiben vom Gehäuse mechanisch entkoppelt. Diese Maßnahme ist besonders bei nichtvergossenen Trafos wichtig, denn mechanisches Brummen überträgt sich wunderbar über Chassis auf die Röhren und kann in unglücklichen Fällen zum hörbaren Brummen in den Kopfhörern führen. Diesbezüglich ist ein Kopfhörerverstärker zwar kein Kleinsignalverstärker, wie z.B. Phonoverstärker, sollte aber mit genau gleicher Sorgfalt aufgebaut werden, wenn man überdurchschnittliche Ergebnisse erzielen möchte.
    Die c3g-s sind von Siemens http://www.pollin.de; (ist allerdings lange her)
    Röhrensockel Locktal http://www.fragjanzuerst.de

    Die Schaltung ist komplett frei verdrahtet. Es sind fast ausschließlich axiale Bauteile verwendet worden, die sich besonders gut für die freie Verdrahtung eignen.
    Auf die Lötleisten konnte aufgrund der einfachen Schaltung verzichtet werden.
    Da die letzen Projekte (EF86 RIAA; EL86 OTL) gute Ergebnisse im Bezug auf den Klang geliefert haben, wurde auch hier ein ähnliches Layout angewendet.
    Auch hier greife ich auf die erprobte Chassisvariante zurück, Oberblende; Unterblende; Seitenrahmen. Diese Art vom Aufbau erlaubt die Montage komplett auf einer Fläche, so ist die entsprechend schnell und mit minimalen Fehlerquellen aufgebaut. Dabei kann man auch die Masseführung optimal auslegen.
    Der Seitenrahmen wurde diesmal aus Plexiglas gefertigt und als höhetragendes Element eingesetzt, das zwischen 4 * M4 Gewindebolzen festgeschraubt wird.
    Das folgende Bild zeigt die Unterblende mit dem Rahmen zusammen:

    Rahmen & Unterseiteansicht:



    Die Unterblende ist von unten mit selbstklebenden Gummifüßen versehen.

    Die Ansicht von oben) :



    Die Rückansicht:



    Die Montageansicht:


    Der Aufbau ist aus dem Foto leicht nachvollziehbar.
    An diesem Beispiel hat mich wieder die überdurchschnittliche Qualität der Röhren der C-Reihe überzeugt. Auch im SHM 002 SE setzte ich c3m ein, die der c3g ähnlich ist. Ich habe 3 Kopfhörer von unterschiedlicher Impedanz wie folgt getestet:
  • Sony MDR V-150 / 35 Ω
  • 2. Sennheiser HD 600 / 300 Ω
  • 3. AKG K 141 / 600 Ω.
  • Alle ließen sich bis zu ohrenbetäubenden Lautstärken aussteuern ohne dabei hörbar zu verzerren. Das Klangbild subjektiv beurteilt empfinde ich als röhrentypisch, detailliert, fließend, und was bei einem Kopfhörer sehr wichtig ist nicht aggressiv, man kann stundenlang damit Musik genießen. Der Verstärker war der Grund zum Kauf eines Sennheiser HD 600, mit diesem Kopfhörer kommen alle Vorzüge der Schaltung zur Geltung. Für diejenige, die analytischen Klang suchen und überwiegend Klassik hören ist der unter den bezahlbaren Kopfhörern die erste Wahl.
    Besonders beindrückend ist der Wechsel von dem Kopfhörerausgang des CD-Players (CDP-557 ESD) zum Verstärkerausgang, der Unterschied ist gewaltig. Über den EF86_RIAA lassen sich auch LP-s wunderbar anhören, so dass die Rückkehr in die digitale Welt recht schwer fällt.

    H.Siemens,
    Wiesbaden, 17.12.2003

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