Der
Kondensator, ein klangbestimmendes Bauelement
Update und Erweiterungen: Kondensatoren (Formelzeichen C) sind Speicher elektrischer Ladung. Sie werden eingesetzt in Netzteilen zur Glättung und Energiepufferung, in Filterschaltungen und zur lokalen Abblockung von Gleichspannung zwischen Verstärkerstufen. Ein Kondensator ist einfach ausgedrückt ein frequenzabhängier Widerstand. Dieser ist bei niedrigen Frequenzen hoch- und bei hohen Frequenzen niedrig. Der Strom durch den Kondensator fließt zeitlich versetzt (verspätet) zur angelegten Spannung (ideal +90° Phasenverschiebung). Nur durch Spannungsänderung (Ladungsänderung) fließt Strom. Ein Kondensator besteht im Prinzip aus zwei Platten mit den Anschlußdrähten, die durch einen Isolator von einander getrennt sind. In wieweit sich ein Kondensator annähernd ideal verhält, (geringe Verluste) ist abhängig vom Aufbau und den verwendeten Materialien. Die leitfähigen Pole (Leiter, Platten) bestehen zumeist aus Alu- (Al), Zinn- (Sn) oder Kupfer (Cu). In exotischen Fällen auch Silber (Ag). Als Isolator (Dielektrikum) wird bei Elektrolytkondensatoren (Elkos) eine mit Elektrolyt (Flüssigkeit) gedrängte Alu-Oxid-Folie, bei Tantal-Elkos der Werkstoff Tantaloxid, Keramik bei Keramiktypen und bei Folienkondensatoren eine Kunststoffolie verwendet. In Ausnahmefällen wird ölgetränktes, oder wachsimrägniertes Papier (leider industriell nicht mehr sehr gebräuchlich), oder Glimmer (englisch: Mica) eingesetzt. Bei letzteren ist auf dem Glimmer als Leitermaterial eine sehr dünne Silberschicht aufgedampft, weshalb sie auch als Silver-Micas bezeichnet werden. Die Kunststoffolien bestehen zumeist aus Polyäthylenterephtalat PEN, Polyester PET, Polycarbonat PC, Polypropylen PP, Polystyrol PS mit dem Markenname Styroflex, bzw. Polyphenylensulfid PPS. Sehr selten wird Teflon PTFE oder versilberte Mika-Folie eingesetzt. Die Kunststoffe (PC, PP) ergeben zusammen mit Alufolie die weitestgehend genormten Bezeichnungen: KC, KP, FKP, PPF. Handelt es sich um eine metallisierte Kunststoffolie (PEN, PET, PC, PP, PPS): MKS o. MKY, MKT o. MKH, MKC, MKP o. PPM o. MPP o. MFP bzw. MKY o. MKS. MP-Kondensatoren (Metall-Papier) besitzen Papier als Dielektrikum, das entweder ölgetränkt, ölimprägniert oder hartwachsimprägniert ist. Ältere (vor 1980) Ölpapierkondensatoren (PIO: Paper in oil capacitor) können das im Brandfall giftige PCB enthalten ! Es gibt sie im zylindrischen Alubecher mit Schraubanschluß, im rechteckigen Alubecher, oder seltener als axiale Kondensatoren. Die Kapazität steigt mit der Fläche der parallelen Leiter und der isolatormaterialabängigen Dielektrizitätszahl. Eine möglichst große Fläche erhält man durch sandwichartiges Schichten (Leiter, Isolator, Leiter, Isolator ...) in Quader- oder Zylinderform. Die Wahl des Isolators (Dielektrikum) ist immer ein Kompromiss zwischen Kapazitätserhöhung (-> kleine Bauform bei großer Kapazität) und des Qualitätsverlustes auf Grund des Dielektrischen-Verlustfaktors die sich gegensätzlich verhalten. Die verlustärmsten Kondensatoren sind mit Glimmer, Teflon, Polystyrol oder Polypropylen aufgebaut. Der s.g. Verlustfaktor D wird auch Dissipation Faktor DF, oder Winkel tangens delta genannt. Er wird angegeben bei 1kHz und 20°C und liegt bei Folienkondensatoren im Bereich von 0.005-0.00001 bei Elkos: >0.3-0.02 bei 120Hz (je kleiner desto besser !). Der Verlustfaktor steigt mit der Frequenz. Der Kehrwert dieser Kenngröße wird als Güte oder Qualitätsfaktor bezeichnet. Manchmal wird der DF auch in Prozent angegeben z.B.: 0.1% = 0.001. Die Ursachen der Verluste sind neben den Dielektrikumverlusten die aufbaubedingten Fehler: Die gering vorhandene Induktivität (Wickeltechnik), der Widerstand der Anschlußdrähte und deren Kontaktierung (Lötstellen bzw. ferromagnetische Materialien). Die Widerstandsverluste, insbesondere bei Elkos, werden als serieller Verlustwiderstand zu dem Wert ESR (Equivalent Series Resistor) zusammengefasst. Dieser liegt in der Größenordnung von 5-30mOhm. Die Induktivität (Größenordnung 10-200nH) bewirkt, daß ein Kondensator ab einer oberen Grenzfrequenz (Resonanzfrequenz) nicht mehr als solcher arbeitet, sondern als Spule. Die obere Grenzfrequenz kann bei Elkos schon bei 10kHz liegen ! Bei Folienkondensatoren liegt der Wert bei einigen MHz. Eine weitere, selten im Datenblatt (nur bei MIL) angegebene Verlust-Kenngröße, ist die Dielektrische Absorption DA (in %) (>> Kabel). Sie beschreibt eine Art Gedächtniserscheinung bei Kondensatoren (recovery voltage, memory-effect). Ein geringer DA scheint immer dann vorhanden zu sein, wenn der Tangens-Delta auch gering ist. Geringste Werte liefern PS, PP, Glimmer und Teflon Kondensatoren. Die Größenordnung reicht von ca. 0.01% bei hochwertigen PP-Kondensatoren bis >10% bei Elkos und MPs. Ungepolte Elkos sind etwas besser. Erstaunlicherweise besitzen oft ältere hochgeschätzte Ölpapierkondensatoren einen recht hohen DA-Wert von 2 bis zu 20% ! Tolerierbar ist eigentlich nur ein Wert bis 1%. Glücklicherweise läßt sich der Einfluß eines hohen DA-Wertes durch eine niederohmige Beschaltung stark verringern (z.B. beim Einsatz in Frequenzweichen). Ein hochwertiger Kondensator wird mit einer Kapazitätstoleranz von 0.5-5% geliefert (Elkos 10-20%). Dielektrikum
|
Konstante ( etar ) |
Verlustfaktor
(tangens delta) C[pf] = 0.00885* etar* A / a A=Fläche in mm², a=Abstand in mm Entscheidend für den Audio-Einsatz ist die Linearität und die Hystereseeigenschaften über der Frequenz. Zuvor eine Ausflug in die Welt des Magnetismus: Die Eigenschaften magnetischer Materialien µr ändern sich mit der Feldstärke und damit mit dem Strom. Die s.g. B-H oder Hysterese-Kurve stellt die Magnetische- Flussdichte bzw. -Induktion in Abhängigkeit von der Feldstärke dar. Sie kann über folgenden Zusammenhang elektrisch mit einem Osziloskop aufgenommen werden: U(t) = L di/dt (Strom i in die Induktivität = X-Achse, Spannung an der Induktivität = Y-Achse). Sie hat meist die Form von zwei flachen, versetzten S-förmigen Kurven, die oben und unten verbunden sind und eine Fläche beschreiben. Ideal währe nur eine gerade Linie. Auch Kondensatoren besitzen auf Grund des nicht idealen Dielektrikums etar Eigenschaften die in Analogie zur magnetische Welt in einer "Hysteresekurve" dargestellt werden können. Der Zusammenhang kann ebenfalls elektrisch mit einem Osziloskop aufgenommen werden: i(t) = C du/dt (Spannung u am Kondensator = X-Achse, Strom i in den Kondesator = Y-Achse). Auch hier zeigen sich, wenn auch nicht so deutlich, Kurven und sogar Flächen. In beiden Welten ändert sich die Steigung der Kurven (L, bzw. C), die S-Form der Kurven (Linearitätsfehler) und die Fläche zwischen den Kurven (Verluste) mit der Frequenz ! Ölpapier-Typen bieten hier die beste Linearität und haben quasi keine Hystereseeigenschaften. Sie sind dicht gefolgt von Polystyren- (KS) und Polypropylen- (PP) Typen. Keramikkondensatoren, Tantal- und Alu- Elkos zeigen deutliche Nichlinearitäten und Hystereseverhalten, die auch noch stark frequenzabhängig sind. Ein weiterer Qualitäts-Parameter ist die Impulsbelastbarkeit (Slew-Rate) eines Kondensators. Diese wird angegeben in V/µs und gibt eine Aussage darüber inwieweit ein Kondensator zur Verarbeitung von Impulsen, also Signalen mit schneller Steigzeit (Rechtecksignale), geeignet ist. Dieser Wert erscheint sehr häufig nicht im Datenblatt eines Kondensators. Der Wertebereich liegt bei 1..10000 V/µs ! und ist proportional zur Spannungsfestigkeit und Strombelastbarkeit. Die besten Werte liefern hier MKP, FKP und KP Kondensatoren. Unumgänglich ist der Einsatz dieser Kondensatoren bei digitalen Übertragungsstrecken (S/P-DIF) und in hochwertigen Lautsprecher-Frequenzweichen. In diesen kommen auch noch MP-Kondensatoren in Frage. Leider nicht im Datenblatt eines Kondensators beschrieben, aber im Audio-Einsatz sehr wichtig, ist die Mikrofonieempfindlichkeit und das mechanische Resonanzverhalten. Die Schichtung (Leitfähige Folie-Dielektrikum ..) kann durch den Stromfluß, durch elektrostatische Kräfte und durch von außen einwirkende mechanische Kräfte (Schall) in Bewegung geraten. Es entsteht zwangsläufig eine Modulation mit dem Nutzsignal mit der Folge von Klirr. In der Disziplin mechanisches Dämpfungsverhalten scheinen MP-Kondensatoren, die als Dielektrikum Öl-getränktes-Papier enthalten, sehr gut zu sein. Es gibt auch MKV-Kondensatoren neuerer Bauart die Öl enthalten. Zinnfolien-Kondensatoren (KP-SN) sind ebenfalls zu empfehlen. Problem Langzeitkonstanz: Durch Austrocknung verringert sich die Kapazität der Elkos !, auch Ölpapierkondensatoren können davon betroffen sein. Bei Elkos ist aus diesem Grund die maximal Umgebungstemperatur angegeben. Standard ist 85°C bei hochwertigeren Typen reicht der Wert bis 105°C bzw. 125°C. Die Brauchbarkeitsdauer eines 85° Elkos beträgt beim Einsatz unter 20° bis zu 20000 Stunden. Erhöht sich die Umgebungstemperator auf 40° so sinkt sie auf 5000. Das Bauvolumen ist proportional zur Kapazität und der Spannungsfestigkeit und umgekehrt proportional zum Verlustfaktors. Eine große Bauform bedingt immer die Gefahr das Störungen aufgefangen werden, oder das sich parallel angeordnete Kondensatoren gegenseitig beeinflussen (Übersprechen durch kapazitive Kopplung) bzw. durch Mikrofonie beeinflußt werden. Die Spannungsfestigkeit wird für Gleich- und Wechselspannung getrennt angegeben. Der Wechselspannungswert liegt bei ca. 50-60% des Gleichspannungswert. Ein nützlicher Nebeneffekt hoher Spannungsfestigkeit ist ein niedriger ESR und damit auch geringerer Verlustfaktor D und DA. Kondensatoren mit hoher Spannungsfestigkeit haben meist bessere akustische Eigenschaften. Die richtige Polung ist eigentlich nur bei Elkos erforderlich. Diese sind ja auch für den Betrieb an Gleichspannungen mit geringem Wechselspannungsanteil gedacht. Leider zeigen sich aber auch bei Folienkondensatoren klangliche Unterschiede je nachdem wie rum er betrieben wird. Dies kann z. Z. nicht erklärt werden. Leider ist der Aufdruck nicht immer eine Orientierung. Da hilft nur ein Test und eine Anfrage beim Hersteller. DC-Polarisations-Spannung: Alu-Elkos und Tantal-Elkos, die eigentlich nichts im Signalweg zu suchen haben, verbessern ihre Eigenschaften (geringere Hysterese) durch das anlegen einer Gleichspannung. In Röhrenschaltungen liegen an den Koppelkondensatoren (z.B. Annodenauskopplung) im allgemeinen hohe Gleichspannungen an. Diese Polarisations-Gleichspannung bewirkt erfahrungsgemäß bei Folien- und Ölpapiertypen keine, oder nur geringe, Klangvorteile. D. h. ein hier als klanglich gut beurteilter Kondensator zeigt seine Qualitäten auch als Koppelkondensator am Eingang einer Transistorendstufe ! Der Einsatzbereich der einzelnen Typen: Im Signalweg (Koppelkondensator) einer "High-End-Kette" dürfen Elkos, Keramikkondensatoren und Tantalelkos (diese verzerren) nicht eingesetzt werden ! Hier kommen nur MKP-, KP- Styroflex- und hochwertige Ölpapier-Typen in Frage. Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren
(Elkos) sind nur für den Einsatz an Gleichspannung
in Netzteilen (zur Siebung und als Energiespeicher bzw.
Ladekondensatoren)
bestimmt. Elkos rauschen relativ stark und verursachen
Signalverzerrungen. Neue AUDIO
Elko-Typen
wie Jelmax-Rubicon BLACK GATE (Graphit-Folienkondensatoren), BHC-Aerovox
Slit-Foil
(Schlitzfolien) und T-Net (4Pol) können dramatische Verbesserung
bringen.
Dies allerdings bei etwa zehnfachen Kosten ! Bipolare BLACK GATES (BGs)
Typ NX sind auch als Koppelkondensatoren geeignet. BGs haben je nach
Typ
um den Faktor 10-300 bessere Rausch- und Verzerrungseigenschften und
der
Innenwiderstand ist um den Faktor 2-10 geringer. Tantal-Elkos und Keramik-Kondensatoren sind zur Gleichspannungs-Pufferung einzelner Stufen in HF und Digitalschaltungen geeignet ! Keramikkondensatoren (X7R, NPO, Sibatit) können bestenfalls noch zur Abblockung von HF und als Koppellkondensatoren bei sinusförmiger HF eingesetzt werden. Gold-Cap´s (Panasonic)
/ SuperCaps (NuinTEK,
Panasonic)
/ UltraCaps (Epcos):
Diese Kondensatoren werden wie Akkus eingesetzt. Sie weisen im
Vergleich
zu den normalen Elkos eine extrem hohe Kapazität auf. Bei
Gold-Caps
reicht die Kapazität bis zu 50Farad (Typisch 0.5-1F). SuperCaps
bringen
es auf bis zu 50F und UltraCaps auf unglaubliche 100-5000F (1F = 1 000
000 µF !). Leider ist die Spannungsfestigkeit stark begrenzt: Bei
Goldcap´s auf max. 5.5V, bei SuperCap und UltraCap max. 2.3-2.7V.
GoldCaps und SuperCaps haben einen recht hohen Innenwiderstand von bis
zu 0.5Ohm. Bei den UltraCaps liegt der Innenwiderstand deutlich
niedriger
(<1mOhm). Sie können sehr hohe Entladeströhme liefern. Der
Preis ist allerdings auch recht hoch (1200F für ca. 100€).
Für Digitalschaltungen sind kleine Wima FKP, FKS und MKS eine gute Wahl. Wegen der nicht vorhandenen Anschlussdrähte (geringe Induktivität, ESL) sind hier SMD-Kondensatoren von Vorteil (metalisierter Polypropylenfilm). In Frequenzweichen können an unkritischen Stellen (also nicht im Signalweg), z.B. bei Korrekturnetzwerken und parallel zum Lautsprecher Bipolare-Elkos eingesetzt werden. Als Kondensator vor Mittel- und Hochtönern sind sie reinste Klangkiller. Diese Tonfrequenzelkos sind ungepolt, also für Wechselspannung geeignet. Es gibt sie in der Ausführung mit glatter, oder rauher Anode. Die glatte Anode verhilft zu etwas besseren Eigenschaften, bedingt aber auch eine größere Bauform. Durch Parallelschaltung addiert sich die Kapazität. Soll die Kapazität durch Parallelschaltung nennenswert erhöt werden, so sollten möglichst nur Kondensatoren gleichen Types und Aufbaus werwendet werden. Wird einem geringwertigen Kondensator hoher Kapazität (z.B. Elko) ein hochwertiger Kondensator (PS, PP oder KP Typ) mit kleinem Wert parallel geschaltet (Bypass-C) kann die Qualität und meistens auch der Klang verbessert werden (gilt auch für Netzteil-Elkos). Der Grund: Die Resonanzfrequenz wird nach oben verschoben. Die Reihenschaltung
(Kapazität
verringert sich), insbesondere mit einem Verbindungskabel (AC-AC-Kopplung),
sollte vermieden werden ! Die klangliche Qualität der
Reihenschaltung
ist immer schlechter als die des schlechtesten Kondensators !
Die klanglichen Unterschiede von Kondensatoren im Signalweg können dramatisch sein. Sie können
größtenteils
durch die oben erwähnten Zusammenhänge (Verlustfaktor DF und
DA, Impulsfestigkeit, Linearität, Mikrofonie) erklärt werden.
Ein wirksames
Mittel zur
Verbesserung eines Kondensators kann die Parallelschaltung
eines
sehr hochwertigen Kondensators sein. Diese Art der Beschaltung wird Bypass-Kondensator
genannt.
Dieser Bypass-C hat eine sehr kleine Kapazität gegenüber dem
Basis-Kondensator (z.B. 0.1 - 100 nF). Als Bypass für
Kondensatoren
im Signalweg eignen sich, KP´s, Styroflex, sowie Glimmer bzw.
Mica´s.
Als Bypass für Netzteile kommen alle Folienkondensatoren und auch
die Micas in Frage. Insbesondere bei Signal-Bypass-Beschaltung ist
nicht
zwangsläufig eine Verbesserung garantiert. Oft wird ein homogenes
Klangergebnis nur durch Einsatz eines, hochwertigen
Kondensators
erreicht. Die klangrelevanten Eigenschaften der beiden Kondensatoren
müssen
sich ergänzen, eine homogene Einheit bilden. Da hilft nur
Probieren
! Ein hoher DF macht sich in einer unscharfen verschleierten Abbildung bemerkbar. Ein hoher DA wirkt sich auf die dynamische Struktur der Musik aus. Die Wiedergabe wirkt unpräzise, komprimiert und wenig klangfarbenreich. Ähnlichen Einfluß hat die Impulsfestigkeit bei niederohmigen Lasten (hoher Strom). Mikrofonieeffekte und damit Resonanzen machen das Klangbild scharf und rauh, der Hochtonbereich wirkt überzogen und unnatürlich. Ölpapier-Typen sind nicht uneingeschränkt empfehlenswert. Auf Grund des hohen DA von alten Typen können sie in hochohmigen Schaltungen oft verfärbt, sehr weich und sogar zugehangen klingen. Sie zaubern oft in den Mitten ein sehr farbenprächtiges Klangbild, der Grundtonbereich ist sehr körperhaft, Details in den Höhen bleiben aber dabei leider sehr oft auf der Strecke. Sind sie aus neuer Produktion und weisen bessere DA und DF Werte auf, so klingen sie im Hochtonbereich oft recht hell. Manche liefern regelrecht einen Loudnes-Effekt. Eine sehr positive Außnahme bildet der rund um den Globus gelobte Typ: SPRAQUE 196P Vitamin-Q . Einige (auch hochwertige) Folientypen neigen im Hochtonbereich zu einem "gekünstelten" Klangbild. Gerade im Einsatz als Kondensatoren vor dem Hochtöner überzeichnen sie oftmals bei komplexen Musikprogramm im oberen Frequenzbereich. Sie spielen oft auf einem sehr hohen Niveau, aber auch manchmal unmusikalisch, analytisch und kalt. Erstaunlicherweise besitzen die klanglich besten Folien-Kondensatoren die axiale Bauform. Diese werden aber in Großserien nur noch auf "alten" Maschinen hergestellt. Möglicherweise ist der Deformierungsvorgang von klanglichem Nachteil. Dieser ist z.T. nötig wenn ein rund gewickelter Kondensator in ein rechteckiges Gehäuse passen muss. Rechteckige Gehäuse benötigen weniger Platz und lassen sich besser automatisch bestücken. Kondensatoren, insbesondere Ölpapiertyen, benötigen eine Einspielzeit von ca. 100 Stunden bis sie zur vollen Wiedergabequalität erblühen. Bevor ein klangliches Urteil über einen Kondensator dieser Bauart abgegeben wird, sollte er mindestens 12 Stunden mit Musikprogramm oder einem Rauschsignal in Betrieb gewesen sein. Klangbeschreibung: Sehr gute Kondensatoren eröffnen Klangsphären, die wenn man sie noch nicht erlebt hat, nicht für möglich gehalten werden: Die Tieftonwiedergabe wird konturierter und körperhafter, der Mitteltonbereich sauberer. Die Höhen bekommen Strahlkraft, sie wirken aber auch leiser. Die Musik löst sich besser von den Lautsprechern. Es ist Luft auf der Bühne. Töne klingen sauber aus und verschwinden im Nichts. Die Energieverteilung der Musik ist begeisternd homogen. Das Klangbild bleibt unter allen Umständen Stabil. Kurz ausgedrückt: Die Musik wirkt authentisch, natürlich und musikalisch. Erleben konnten
wir dies
nur mit sehr wenigen Kondensatortypen. Die meisten
High-Tech-Folienkondensatoren
(MKP und KP) waren weit davon entfernt. Homogener spielten oft die
nicht
ganz so "Perfekten" Polystyrol- und Polyester- Kondensatoren. Einige
Ölpapiertypen
vielen ebenfalls durch. Natürlich konnten wir nicht alle unten
aufgeführten
Typen testen. Einige gesicherte klangliche Erfahrungen und Erkenntnisse
kamen auch von Kollegen und audiophilen Freunden. Herstellerliste: Ölpapierkondensatoren: Jensen und Audio Note mit Alu-, Kupfer- oder Silberfolie, Ampohm, Pro Cap (Silberfolie), Sequa, Intertechnik (IT), ASC, ...? Folienkondensatoren:
Es gibt auch ölgetränkte
Polypropylen-Kondensatoren: NOS-Ware (New
Old
Stock): Einige dieser Typen z.B. die MP´s wurden schon 1955 gefertigt und sind heute, auch als gebrauchte Kondensatoren, sehr begehrt. Elkos:
NOS Elko-Typen: Mallory Twistlok, Sprague Atom, Frako Glimmer (Silver Mica): Siemens, Richard Jahre, El Menco, Micamold, Sangamo Die Preisspanne
eines
Kondensators reicht je nach Wert und Qualität von 0.15 (bei
Standardtypen)
bis 40,- € (Bei speziellen Audio-Kondensatoren) pro Stück ! Bei
Exoten wie Ölpapier mit Kupfer oder Silberfolie von 100,- bis
1000,-
€ pro Stück !! SMD-Kondensatoren sind allerdings immer zweite (oder letzte) Wahl, da diese nur als MKT, MKC, Keramik, Tantal- oder Elektrolyt-Elko zur Verfügung stehen und zudem mit ferromagnetischen Nickelkontaktierungen versehen sind. Im Digitalbereich haben aber SMD-Kondensatoren, bedingt durch die fehlenden Anschlußdrähte, die immer eine kleine Induktivität darstellen, klare Vorteile. Bei
uns werden im Signalweg nur spezielle, klanglich ausgewählte
axiale
WESTLAKE-Styroflexkondensatoren und spezielle Ölpapiertyen
eingesetzt,
oder wenn möglich DC-gekoppelt. (Wir danken
Herrn Thorsten
Loesch für seine Tips hinsichtlich Ansar, Black-Gate, OS-Con, Elna
Silmic/Cerafine/Starget ..) |
Auch
Widerstände beeinflussen den Klang
"Moderne" Metall- und Metalloxid- Schichtwiderstände sind hinsichtlich der Toleranz, dem Temperaturkoeffizienten und dem Rauschverhalten den "alten" Kohlemasse- und Kohleschichtwiderständen überlegen. Sie werden aber überwiegend mit Anschlußkappen aus Eisen oder mit einer Nickelkontaktierung (SMD-Widertände) gefertigt und sind somit ferromagnetisch. Die schlechten klanglichen Eigenschaften von Eisen und Nickel, der Einfluß magnetisierter Bauelemente im Signalweg (Intermodulationsverzerrung), sollten in High-End-Kreisen eigentlich bekannt sein ! Nicht gewendelte und kappenfreie Kohlemasse-, Kohlegemischschicht-, Metallfolien-, Metallglasur- und Tantalum- Widerstände sind induktionsfrei und besitzen bessere Impulseigenschaften. Aus Kostengründen, schlechter Beschaffbarkeit oder hoher Fertigungstoleranz (Selektierung nötig) werden sie aber kaum eingesetzt. Der klangliche Gewinn beim Einsatz an der richtigen Stelle ist beträchtlich und vergleichbar mit den Unterschieden bei Kondensatoren! Der Einsatz
relativ stark
rauschender Kohlemasse-Widerstände (z.B. Allen-Bradlay
AB,
Morganite, ITT) sorgt für einen sehr sonoren Klang, der
warscheinlich
mitverantwortlich für den warmen Klang alter
Röhrenverstärker
ist. Diese Widerstände sind aber nur noch als sehr teure NOS-Ware
(New-Old-Stock=Neue Ware aus alter Fertigung=Restposten)
erhältlich
und werden mit Preisen von bis zu 3,-€ pro Widerstand gehandelt !
Die Toleranzabweichung dieser Widerstände liegt bei bis zu 20% und
ist zudem abhängig von der Luftfeuchtigkeit. Hinweis: Vor einigen Jahren sind die "Morganite" noch für 1 Pfennig/Stück als Restposten verschleudert worden. Ein gewisser
"Sound-Anteil"
bedingt durch das Rauschen ist nicht
zu läugnen. Die Induktivität eines Widerstandes auf Grund der leicht gewendelten Metall- oder Kohleschicht, bzw der bifilaren Wicklung eines Drahtwiderstandes ist sehr gering. Ebenso verhält es sich mit der Kapazität zwischen den Anschlußdrähten. Beide frequenzabhängigen Parameter sind im Audio-Bereich meist vernachlässigbar (Grenzfrequenz im MHz-Bereich). Einen entscheidenten Einfluß auf den Klang haben die mechanischen Resonanzeigenschaften. Bewirkt wird die mechanische Anregung durch den Stromfluß und durch Schalleinwirkung von außen (Mikrofonie). Diese Schwingungen führen zu einer Veränderung des elektrischen Signalflusses und somit zu Klirr. Kohlemassewiderstände besitzen einen homogenen leitfähigen Körper (Graphit), der sich scheinbar positiv auf das mechanische Schwingungsverhalten auswirkt. Beste Wahl
hinsichtlich
"nebenwirkungsfrei" sind Metallfolien-, Metallglasur- und Tantalum-
Widerstände, die in Toleranzen von 0.1-2% geliefert werden. Mittelpreiswiderstände
wie HOLCO (Metallfilm mit Kupferkappen), Vishay DALE
CMF55 (nichtmagnetisch), VITROHM (Metallglasur), ISABELLENHÜTTE,
PBH (Metallfolie Manganin), HFC (Drahtwiderstand) .. Hinweis: Immer mehr gute Widerstände werden nicht mehr hergestellt: Holco, Shinkoh, Roederstein MK3 sind nur noch als NOS-Ware vorhanden. Auch die gelobten
Metallfilmwiderstände
der Firma Beyschlag (Berlin), Welwyn RC55 sind diesen
unterlegen. Wie immer hilft auch hier nur ein Hörtest ! Bei Lautsprecher-Frequenzweichen (auch in höchsten Preisregionen) werden im Signalweg, vor dem Hochtöner, immer noch aus Kostengründen oder Unwissenheit Metalloxidschichtwiderstände MOX (mit Stahlkappen) oder Drahtwiderstände (Cr-Ni-Draht, zementiert) eingesetzt. Wir setzen schon seit langen Metallfolienwiderstände ein. Bei
uns werden im Signalweg nur nichtmagnetische, klanglich
ausgewählte |
Probleme mit Magnetismus |
Jeder vom Strom
durchflossene
Leiter erzeugt ein Magnetfeld (Elektromagnetismus). Der Effekt wird
verstärkt,
wenn dieser Leiter zu einer Spule aufgewickelt wird. Bestimmte
Werkstoffe
weisen magnetische Eigenschaften auf (Permanentmagneten).
Ferromagnetische
Werkstoffe wie Eisen, Chrom, Nickel oder Konstantan können, wenn
sie
sich in Magnetfeldern befinden, selbst problemlos magnetisiert werden.
Magnetfelder beeinflussen sich gegenseitig (Anziehung, Abstoßung). Der Fluß von Elektronen (Strom) wird durch Magnetfelder beeinflußt, sie werden abgelenkt (verdrängt). Diese Verdrängungseffekt sorgt für Verlust von feinsten Informationen und somit zu Klangbeeinträchtigungen. (-> Weitere Infos zu diesem Thema) Also überall dort wo ferromagnetische Materialien im Signalweg sind, kann dieser Effekt mehr oder weniger auftreten. Dies sind:
Hinweis: Ferromagnetische Widerstände werden bei uns seit Baureihe Januar 1999 im Signalweg nicht mehr eingesetzt ! Auch Schalter,
Relais, Steckverbinder
und Potentiometer haben Einfluß auf den Klang. Kipp- Drehschalter- und Relais-Kontakte: Die Probleme liegen hier in Kontaktübergangswiderständen und deren Langzeitstabilität. Nur Schalter die hermetisch gekapselt sind oder (und) auf Grund Ihrer Mechanik einen Selbstreinigungseffekt aufweisen, dürfen im Kleinsignalbetrieb eingesetzt werden. Der untere Wert des Schaltstrombereiches (z.B. 10µA) gibt an ob ein Schalter oder Relaiskontakt überhaupt zum Transport feinster Signalströme geeignet ist. Leider wird dieser Parameter nur bei sehr wenigen Herstellen angegeben. Reedkontaktrelais (Kontakt liegt im Vakuumrörchen) sind sehr zuverlässig, aber auf Grund ihrer geringen Kontaktkraft und des höheren Kontaktwiderstandes nicht für Kleinsignalbetrieb geeignet. Das Kontakmaterial ist Rhodium zum Teil mit Quecksilberumnetzung (Hg). Hochwertige Kontaktwerkstoffe für Kleinsignal-Relaisschalter sind: Silber (Ag) und Silber mit Paladium (AgPd) die zudem noch hartvergoldet sind (Au). Weniger gebräuchliche Kontaktwerkstoffe sind Siber-Cadmiumoxid (AgCdO), Silber-Zinn-Indium (AgSnI) und Silber-Nickel, ebenfalls meist vergoldet. Produkte der Firmen OMRON, Aromat, FUJITSU-TAKAMISAWA und Siemens sind eine gute Wahl. Bei Hochwertigen Drehschaltern
(ELMA, EBB, DACT, GrayHill, Tokyo Den-On, Sfernice, Noble, AB, ALPS)
wird CuSn oder Kupferberillium (CuBe) als Schaltelement benutzt. Der
Stator
besteht aus Messing und ist hartvergoldet. Unter der Goldschicht ist fast immer eine Zwischenschicht aus Nickel vorhanden (=Ferromagnetisch !). Gute Schaltkontakte sind mehrfach ausgelegt, der Kontaktübergangswiderstand liegt zwischen 10 und 200mOhm. Die Kontakte offener und parallelliegender Schalter bilden eine geringe Kapazität (einige pF) die bei Signalen (Wechselspannung) zu Signal-Übersprechen führt. Das Übersprechen macht sich bei Programmwahlschaltern in einer zu geringen Dämpfung zum Nachbarkanal, bzw. bei Rechts/Links-Signalen in einer zu geringen Kanaldämpfung bemerkbar. Relais setzen dem Kontakt einem magnetischen Streufeld aus, dies sollte so klein wie möglich sein. Bei Bistabilen-Relais wird die Magnetkraft nur zum Zeitpunkt des Schaltwechsels, bei monostabilen Relais ständig zum Betätigen benötigt. Reedrelais umschließen den Kontakt vollständig mit dem Magnetfeld. Bei den "normalen" Relais wird der Schaltvorgang meist über einen Hebel übersetz, so das die Kontakte nicht direkt dem Feld ausgesetzt sind. Die Kontaktkraft hat einen Einfluß auf die Mikrofonieempfindlichkeit. Im Datenblatt findet sich eine Angabe der Vibrationsfestigkeit. An Leistungsschaltkontakte
die zum Schalten einer induktiven Last
(Transformator, Lautsprecher) werden besondere Anforderungen gestellt.
Im Einschaltmoment fließt sehr viel Strom, beim Ausschalten kann
u.U. ein Funke gezogen werden. Beides belastet thermisch den Kontakt.
Dieser
wird im laufe der Zeit hochohmiger oder "bleibt kleben" bzw. "brennt
ab". Potentiometer (Poties): Hochwertige
Poties (Alps,
Alps "Black Beauty" RK40/RK50 , Noble (Japan) ) besitzen eine
Widerstandsbahn
aus Leitplastik, oder eine Cermetschicht (Metallfilm) wie Vishay/Sfernice
(Frankreich),
oder eine spezielle Kohleschicht (Panasonic (Japan), Penny &
Giles (GB) ).
Neu sind Potis mit einer Kohle-Silber Schleifbahn. Der Schleifer ist in
Bürstenform ausgelegt. Dies gewährleistet eine dauerhafte
Kontaktsicherheit.
Weiter Infos unter Lautstärkeeinstellung.
Weitere
Poti-Hersteller: Steckverbinder: Die üblichen Audio-Steckverbinder sind Cinch (asymmetrisch) und XLR (symmetrisch). Als Kontaktmaterial wird meist Messing verwendet, das über eine Zwischenschicht aus Nickel (leider leicht ferromagnetisch) vergoldet ist. Nur wenige sehr teuere Stecker und Buchsen bestehen aus reinem OFC-Kupfer oder sogar Silber. Die Isolierschicht bei hochwertigen Steckern und Buchsen besteht aus Teflon (PTFE) und ist somit beim anlöten recht Temperaturbeständig. Um sicheren Kontakt einer Steckverbindung auf Dauer zu gewährleisten sollte diese von Zeit zu Zeit betätigt werden. Sehr gute Stecker besitzen als Mittelkontakt Kontaktbüschel und der Massekragen ist mehrfach ausgelegt. Der Große, Solide Stecker muß nicht immer besser sein, aber das Auge hört mit ! Die Erfahrung zeigt immer mehr das "massearme" Verbinder klanglich besser sind (z.B. Bullet Plug). Steckkontakte
können
von Zeit zu Zeit mit Alkohol (Isopropanol) gereinigt werden.
IC´s
sollten
verlötet sein, dies ist auf Dauer immer besser als eine IC-Steckverbindung,
die ja auch verlötet ist. Wenn auf eine Fassung nicht verzichtet
werden
kann dann eignen sich sehr gut solche mit gedrehten Stiften, die
vergoldet
sind. Die nach CE nicht
gern gesehene 4mm
Steckverbindung mit Kupfer-Berillium-Laborsteckern
(MultiContact-Holstecker)
und vergoldeten Messingbuchsen sind sehr zuverlässig und bis 25A
zugelassen.
Sie werden neben den Schraubklemmen, oder Polklemmen, für Gabel-Kabelschuhe
(Y-förmig), sehr gern als Lautsprecheranschlüsse benutzt.
Die letzteren sollten möglichst aus Kupfer und nicht aus Messing
und
zudem nickelfrei sein. Besser Kupfer verzinnt, als Messing mit Nickel
vergoldet
! Messing hat einen 4fach höheren spezifischen Widerstand und ist
zu hart um mit einen festen Anpress-Kontakt zu ermöglichen.
Recht gute Leistungs-Steckverbindungen sind auch Flachstecker-Kabelschuhe aus verzinntem oder verzinktem Kupfer in den Breiten: 2.8, 4,75 und 6.35mm. Sie werden oft als Lautsprecherchassis-Anschlüsse oder auf Platinen benutzt. Feste
Verbindung: Hinweis zum
Vergolden: Lautsprecher-Klemmvorrichtungen
in denen blanke Kabelenden hineingesteckt werden sind völlig
indiskutabel.
Der Kontaktübergangswiederstand ist zu hoch und die
Langzeitkonstanz
auf Grund des nicht vorhandenen Korrosionsschutzes ist miserabel. Wenn
diese verwendet werden müssen, dann muss das Kabel wenigstens mit
einem Kabelschuh oder einer Aderendhülse versehen (gequetscht)
werden. Wir
setzen in unserem Vorverstärker RECTUS klanglich ausgewählte
Miniaturrelais mit hart vergoldeten Silber-Palladiumkontakten ein.
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