Eine Vorstufe, "Vorverstärker" hat folgende Aufgaben :

• Programmquellenanwahl.
• Impedanzanpassung vom Eingangssignal (hochohmig) zum Ausgangssignal (niederohmig).
• Pegelanpassung (Lautstärke) von der Programmquelle zur Endstufe.

• Ist die Programmquelle eine Hochpegelquelle (CD-Player, Tuner ..) so wird im allgemeinen eine Signalamplitude von mindestens 1V geliefert, also genug um eine (normale) Endstufe voll auszusteuern. Die Erfahrung zeigt aber, das Programmquellen immer mehr Pegel liefern (bis zu 4.5V). Der Grund ist wohl, daß im A-B-Vergleich immer dem Gerät den klanglichen Vorzug gegeben wird welches lauter spielt, und das wissen die Hersteller.
• Ist die Programmquelle z. B. ein Tonabnehmersystem muß eine "Vorverstärkung" vorgenommen werden, da der gelieferte Pegel keine Endstufe treiben kann. Diese internen- oder externen Baugruppen (z.B. unser externer PHONOAMP) verstärken dann auf Hochpegelniveau.

Klangverschlechternde Fehler treten also auf bei:

• Zu hohem Eingangspegel
• Zu hoher Verstärkung der Line-Stufe
• Bei hoher Empfindlichkeit der Endstufe
• Bei niedriger Lautstärke

• Das Poti im oberen Bereich zu betreiben (dort ist der Gleichlauffehler mit < 0.1 dB auch sehr gering)
• Die Spannungsverstärkung der Vorstufe bzw. der Endstufe klein zu halten 

Ganz auf aktive elektronische Bauteile zu verzichten (Direct Selector) ist aber nicht möglich, da eine Ein-/Ausgangs-Entkopplung notwendig ist. Diese muß einen konstanten, hohen Eingangs- und niedrigen Ausgangswiderstand liefern um die Verbindungskabel zur Endstufe zu treiben (Dynamische-Stromverstärkung). Das Lautstärkepotentiometer würde andernfalls bei niedriger Stellung einen hohen und voll aufgedreht einen niedrigen Ausgangswiderstand der Vorstufe, mit allen den klanglichen Abhängigkeiten, bedeuten. 

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Wie ist Leistung definiert ?

Leistung ist das Produkt aus zu Verfügung stehender Spannung und dem fließenden Strom, der sich auf Grund eines Widerstandes einstellt: P = U*I oder P=U²/R [in Watt] oder P=U² */Z [in VA].

Die Wirkleistung ist die Leistung die sich an einem ohmschen Widerstand bzw. Wirkwiderstand (R in Ohm) einstellt. Von Blindleistung ist die Rede bei frequenzabhängigen Widerständen (Blindwiderstand X) wie Kondensatoren (C -> XC) und Spulen (L -> XL). Beim Kondensators verringert sich dieser mit steigender Frequenz, bei der Spule erhöht er sich. Eine Kombination aus Wirk- und Blindwiderständen wird Impedanz (Z) oder Scheinwiderstand genannt. 

Ein Lautsprechersystem hat einen frequenzabhängigen Impedanzverlauf. Angegeben wird nur die Nennimpedanz (4 oder 8 Ohm), der Verlauf über der Frequenz kann drastisch davon abweichen. Bei der Resonanzfrequenz, kurz darunter beginnt der Schalldruckabfall (ca. bei 30-100 Hz), ist die Impedanz hoch (bis zu 60 Ohm). Oberhalb dieser Frequenz bei ca. 100-200Hz meist niedrig (bis zu 2.2 Ohm bei 4 Ohm Nennimpedanz). Zu hohen Frequenzen steigt sie dann oft an (bis zu 30 Ohm). Sinnvollerweise sollte der Impedanzverlauf eines Lautsprechers möglichst gleichmäßig verlaufen, dies ist insbesondere bei lastkritischen Röhrenendstufen nötig. 

Die Leistungsabgabe ist also schon auf Grund der Last unterschiedlich (bei 4 Ohm Verbrauchern ca. doppelt so hoch wie bei 8 Ohm). Dazu kommt noch daß die Signalspannung über der Frequenz eines Musikprogramms sehr unterschiedlich ist (Energieverteilung). 

Die Nennleistung ist die effektive Leistung (RMS=Root-Means-Square) also der Mittelwert unabhängig von der Signalform. Die Sinusleistung geht von dem Effektivwert bei sinusförmiger Ansteuerung aus (UMax/1.414).
Bei HiFi-Verstäkern muß die Leistung immer zusammen mit der Nennimpedanz und dem Klirrfaktor angegeben werden, der zwangsläufig zur Aussteuerungsgrenze hin ansteigt z.B.: Sinusleistung 50 W an 8 Ohm bei 1% Gesamtklirrfaktor (THD).

Bei einer spitzen Steuerspannung von z.B. 30V ergibt sich am Impedanzminimum von kritischen Boxen ein Spitzenstrom von: Is ~ 14A. Dieser kurzzeitige Spitzenstrom muß natürlich vom Netzteil geliefert werden können (P ~ 420W), ohne das die Spannung nennenswert einbricht. Dies kann nur durch ein großzügig dimensioniertes Netzteil, welches mit schnellen Ladeelkos bestückt ist, erreicht werden (EPS+).
Der Ausgangswiderstand des Verstärkers (Kehrwert des Dämpfungsfaktors) plus der Widerstand des Lautsprecherkabels spielt natürlich auch eine Rolle. Röhrenleistungsverstärker können so schnell keine Energie nachliefern (geringere Steilheit) und der Innenwiederstand eines Ausgangsübertragers fordert seinen Spannungsabfall. Langfristige Maximalströme führen unweigerlich zum Einbruch der Netzteilspannung und damit zum Clipping. Damit dies nicht in harten Klirr ausartet verhält sich unsere SONITO mit dem EPS+ wie eine Röhrenendstufe, sie geht sanft bzw. weich in die Begrenzung.

Wie setzt diese der Lautsprecher in Schalldruck um ?

Wieviel Schalldruckpegel (Lp in dBSPL, Sound-Pressure-Level=Schalldruckpegel ) ein Lautsprechersystem abgibt ist abhängig von dessen Kennschalldruck. Dieser liefert eine Aussage darüber wieviel Pegel bei 1W zugeführter Leistung in einem Meter Abstand erreicht wird. Bei Lautsprechersystemen liegt dieser in der Größenordnung von 80 bis 96 dB/W/m. High-End Systeme liegen im Mittel bei ca. 83-89dB/W/m. Ein höherer Kennschalldruck wird nur bei sehr großen, bzw. Hornlautsprechersystemen erreicht.
Daraus läßt sich der Wirkungsgrad des Lautsprechers (Das Verhältnis der zugeführten elektrischen Leistung zur erreichten Schalleistung) berechnen: eta = 10^(Lp-112/10)  = 0.06 bis 2.5 % !

Um den Schalldruckpegel zu erhöhen muß entweder der Lausprecher einen besseren Wirkungsgrad aufweisen, oder die zugeführte Verstärkerleistung erhöht werden. Letzteres natürlich nur bis zur Belastungsgrenze des Lautsprechers.

Der Schalldruckpegel verringert sich mit dem Hörabstand (r) um ca.: Lp = -10 * log(r²). Bei 3m Abstand sind dies ca. -9.5 dB. Mit dem Einsatz von zwei Lautsprechern (Stereobetrieb) erhöht sich der Pegel um 6 dB (10 dB wäre eine Verdopplung !).
In dieser Berechnung muß die Verstärkerleistung natürlich auch logarithmisch betrachtet werden. Plog = 10*log(P). Bei einem Verstärker mit 50 W sind dies 17dBW, bei 100 W 20 dBW !

Beispiel: Unser Lautsprechersystem FILIOLA ist mit einem Kennschalldruck von 85dB/W/m und 50W Nennbelastbarkeit an 8 Ohm angegeben. In 3 m Hörabstand ist somit ein Schalldruckpegel von dauerhaft: Lp = (85+6+17-9.5)dB = 98.5dB erreichbar.
Die Betriebsleistung (90dB in 3m Abstand) beträgt demnach: P = (90-85-6+9.5)dBW = 8.5 dBW = 10^(8.5/10) = 7W pro Kanal !

Für eine Schalldruckpegelerhöhung von 3 dB wird die doppelte Leistung benötigt.
Bei Verdopplung der Entfernung verringert sich der Schalldruck um 6 dB. 
Für "normale Zimmerlautstärke" ist also bei 50 W noch genügend Reserve vorhanden.

Der Schalldruckpegel ist aber nicht gleich der Lautstärke. Unser Ohr verhält sich ebenfalls logarithmisch. Das bedeutet für das Empfinden der doppelten Lautstärke (Lautheit) wird die zehnfache Leistung benötigt !

Der Schalldruckpegel reicht von 0-130dB. (Hörschwelle bis Schmerzgrenze). Praktische Beispiele: Leseraum ~35dB, laute Unterhaltung ~70dB, Hupe ~90dB, Flugzeugtriebwerk ~120dB.
Der Dynamikwert (Pegelunterschied) bei einigen Instrumenten (Posaune, Stimme, Pauke) beträgt 50-60dB.
Bei möglichst realistischer Musikwiedergabe im Hörraum treten bei Orchestermusik Pegel von 30 bis maximal 100dB auf, was den Nachbarn sicher nicht freuen wird. 

Die Belastbarkeit eines Lautsprechersystems (in Watt):

Diese setzt sich aus elektrischer und mechanischer Belastbarkeit zusammen.
Die elektrische Belastbarkeit eines Lautsprechers gibt an, wieviel Leistung (in Watt) ihm maximal zugeführt werden darf, bevor eine Schwingspule den "Hitzetod" stirbt. Diese Angabe des Herstellers erfaßt lediglich die maximale Leistung, die ein gut zu der Box passender Verstärker liefern darf. Als untere Leistungsgrenze ist etwa die zehnfache Betriebsleistung anzusehen (z.B. 70W). Die kurzfristige elektrische Belastung ist etwa das doppelte der Nennbelastbarkeit. Wird der Verstärker allerdings im Clipping betrieben (Übersteuerung), so sind insbesondere die Hochtöner vom Tode bedroht, da sie dann das 5 bis 10 fache der üblichen Leistung (siehe Energieverteilung) verarbeiten müssen.
Die mechanische Belastbarkeit wird hautsächlich durch den mechanischen Hub (Auslenkung der Membran) im Baßbereich begrenzt. 

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Unter Dynamik versteht man den Spielraum für die Lautstärkeänderung, also den nutzbaren Bereich zwischen der unteren Grenze, dem Störgeräusch, und der oberen Grenze den Verzerrungen. Es werden folgende Dynamikarten in der aufgeführten Abstufung unterschieden:

Die Ohr-Dynamik:
Der Hörbereich erstreckt sich zwischen der Hörschwelle 0 Phon und der Schmerzgrenze 120 Phon. Als Pegelwert ausgedrückt sind dies also 120 dB Dynamik. Dies entspricht als Schalldruck 20µP-100P (Pascal) und in Watt ausgedrückt 10^-12 W - 1W.
Die Angabe Phon (Angabe bei der Bezugsfrequenz 1kHz) kann auch als Schalldruckpegel (Sound-Pressure-Level)  in dBSPL angegeben werden (wird im folgenden nur dB genannt).

Einige Beispiele (ca.-Werte in dBSPL ):
10-20  : Leichtes Blätterrauschen, Mikrofonrauschen
20-30  : Flüstern, ticken einer Uhr
40      : Geräusche eines PCs (Lüfter+Festplatte)
60      : Unterhaltung
80      : PkW, Staubsauger, Telefonklingeln
90-100: Rasenmäher, LkW
110-130:Laute Motoren, Düsentriebwerke 

Die Original-, bzw. Live- Dynamik:
Diese beschreibt die Verhältnisse bei einer Live-Aufführung. Bei einem großem Orchester wird eine Maximallautstärke von 110 dB erreicht. Das Umgebungsgeräusch des Konzertsaales liegt bei ca. 25 dB, die leisesten Passagen der Musik bei ca. 30 dB. Da auch Feinheiten des Programms kleiner 30 dB wahrgenommen werden, liegt die Dynamik bei ca. 85 dB. Dies sind Extremwerte. Rockbands erzeugen vielleicht eine etwas höhere Maximallautstärke, der Grundpegel liegt aber auch wesentlich höher (keine wirklich leisen Musikpassagen), so das die resultierende Dynamik geringer ist.

Die System-Dynamik:
Diese beschreibt die Dynamik der Musik-Übertragungskette (Programmquelle > Verstärker > Lautsprecher). Die soeben beschriebene Originaldynamik muß von ihr mindestens übertragen werden. Begrenzt wird diese nach unten durch das Systemrauschen und nach oben durch die Aussteuerungsgrenze (Verzerrungen). Für den Anspruch High-End sollten Werte von mindestens 90 dB erreicht werden.

Um die Größenordnung zu verstehen: Dies entspricht einer Spannungs- bzw. Stromdynamik von (10 ^90/20 ) ca. 1 : 30 000 d.h. wenn die größte Signalspannung 30V beträgt ist die kleinste nur ca. 0,001V !  Als Leistung ausgedrückt: 0,1µW..100W !
Die untere Grenze sollte möglichst tief liegen, so das bei geringer Abhörlautstärke die Abhördynamik erreicht werden kann und Details nicht im Rauschteppich verschwinden.

Die Programm-Dynamik:
Beschreibt den Dynamikbereich des zur Verfügung stehenden Musikprogrammes. Diese ist abhängig vom Aufzeichnungsmedium (Radio, Band, Schallplatte, CD) und natürlich von der Aufnahmequalität. Der Wert schwankt zwischen 40 und maximal ca. 70dB. 

Die Abhör-Dynamik:
Zu Hause liegt das Umgebungsgeräusch oft genug bei 40 dB und der Nachbar fühlt sich spätestens ab 90 dB gestört. Durch eine Wand gedämmt ergibt dies dort immerhin noch ca. 30-50 dB. Die Dynamik im heimischen Hörraum beträgt also meistens (nur) 50 dB. Wird das Musikhören in die Abendstunden verlegt, und man hat das Glück keine "störenden Nachbarn" zu haben, sind Dynamikwerte von maximal ca. 70 dB erreichbar. 

Die dynamische Wiedergabe

Dynamik wird häufig nur mit Lautstärke gleichgesetzt. Viel wichtiger als die Maximallautstärke ist aber ein hohes Auflösungsvermögen der Kette. Erst diese Detailauflösung und Transparenz der Wiedergabe ermöglicht es die Abhördynamik voll auszuschöpfen. 
In diesem Zusammenhang hat sich der Begriff "Feindynamik" etabliert. Unter ihr versteht man die Fähigkeit einer Übertragungskette auch bei kleiner Abhörlautstärke zu begeistern, also die Eigenschaft schnelle flüchtige Wechsel realistisch zu verarbeiten.
Dies sind schnelle dynamische Veränderungen von Höhen zu Tiefen, und von der Lautstärke, auch in kleiner Amplitude, welche die Spannung der Musik ausmachen. Erst wenn eine Kette fähig ist, schnelle musikalische Einsätze, kraftvoll und vital, in ihrer ganzen Energie realistisch wiederzugeben, ist das Attribut explosive Dynamisch angebracht. 

Ermöglicht wird diese Fähigkeit durch perfektes Impulsverhalten, geringste dynamische Verzerrungen und sehr guten Signal/Rauschabstand. Dann sind Eigenschaften wie "Timing" ebenso selbstverständlich.

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