Frequenzgangmessung des Endverstärkers (ARTA #4)

Für einen ersten Praxistest und auch, weil es gut ist, zu wissen, misst man die Linearität des Endverstärkers. Dazu muss unbedingt eine bereits aktivierte Mikrofonkalibrierungsdatei wieder de-aktiviert werden! Also Haken entfernen:

„Setup“, „FR compensation“,

Überprüfen kann man das hier:

Vor „FR compensation“ darf kein Haken zu sehen sein.

Für die Messung nutze ich die ARTA-Box (siehe Schaltbild der Originaldoku der „ARTA-Box“ auf Seite 3) und schalte den einen Schalter auf „Impedance calibration“, während der andere Schalter auf „Impedance measurement“ steht. Der linke Output der Soundkarte wird mit dem Eingang des Endverstärkers verbunden und die beiden Ausgänge der ARTA-Box (J1 + J2) mit den beiden Eingängen der Soundkarte. Außerdem gibt es noch eine Verbindung vom Verstärkerausgang zum Eingang BP1-2 der ARTA-Box.

Auch wenn es nirgends steht, so empfehle ich parallel zum Verstärkerausgang einen induktionsarmen Widerstand (4,7 bis 8,2 Ohm) anzuschließen. Darauf hatte mich ein Artikel in der „Hobby HiFi“ 2/2012 Seite 80 gebracht. Dort wurde der SA-50 getestet und festgestellt, dass die Verstärkung der Höhen impedanzabhängig sind! Bei einer Lautsprecherimpedanz von ungefähr 6 Ohm kann man ihn als Messverstärker einsetzen. Bei 2 Ohm sind es ca. -7dB und bei 16 Ohm ca. 5 dB Abweichung bei 20 kHz, zumindest bei dem damals gemessenen Exemplar. Was dabei noch herauskam: Der in der Zeitschrift gemessene SA-50 hatte zwischen 20 und 20000 Hertz Klirrwerte, die bei K1, K3 und K5 fast ausschließlich zwischen 0,15 und 0,03% lagen. Super Werte für diesen recht günstigen kleinen Verstärker!

Jetzt wird die Einstellung der Lautstärke des Verstärkers vorgenommen:

Dabei muss der Dualchannelmode unbedingt deaktiviert und der Lautstärkeregler am Verstärker so eingestellt werden, dass der Pegel des linken Kanals voll grün, aber noch nicht gelb und schon gar nicht rot wird. (Beide Pegel sollten annähernd den gleichen Pegel anzeigen.) Durch erneutes Drücken von „Generate“ wird die Justage beendet. Um die Einstellung manuell zu sichern, fixiert man den Lautstärkeregler des Verstärkers mit durchsichtigem Klebeband, welches sich später fast rückstandsfrei wieder lösen lässt, und überprüft die gemachte Einstellung noch einmal. Erst wenn es passt, wird die eigentliche Messung gestartet, die sich nach ein paar Sekunden selbstständig beendet:

Mit den Pfeilen bei „Range“ (nächstes Bild) stellt man einen vertikalen Maßstab so ein, dass die Linien einen Abstand von 0,1 dB haben und klickt dann auf „Fit“. „Smoothing“ wird auf 1/6″ eingestellt. Mittels des „B/W“-Buttons bekommt man die Anzeige mit weißem Hintergrund, was Druckkosten spart. (Meine Fehlversuche wurden inzwischen von dieser Seite entfernt.) Im Folgenden habe ich nur noch den rechten Kanal (bei Stereoverstärkern) aufgezeichnet, da sich in den vorhergehenden Messungen nur minimale Abweichungen zum linken Kanal ergeben haben. Ich habe parallel zum Verstärkerausgang 5,6 Ohm geschaltet und dann diese Werte erhalten:

Obige Reihe: Ganz links ist der Frequenzgang des t.Amp-Verstärkers PM40C zu sehen und weil ich gerade einen Verstärker für die Aktivbox 2Pure suche, wurden die Verstärker von SMSL SA-36A-Pro und SA-50 gemessen.

Untere Reihe: Weil ich gerade so schön im Fluss war, habe ich noch Messungen von meinem Röhrenverstärker Gemtune gemacht, die bewirkt haben, dass das Geradeziehen des Frequenzgangs ein weiteres Projekt werden wird! Es gibt einen 8-Ohm- und einen 4-Ohm-Ausgang. Dann folgt auch noch eine Messung des Verstärkers, der mich wegen seines Klangregelnetzwerks darauf gebracht hat, dass meine ersten Messungen nie stimmen konnten. Er nennt sich „PJ.Miaolai M8“ und dürfte bis auf die Klangregelung und die zwei Vorstufenröhren ein ähnliches Innenleben, wie der SA-50 haben. Bei seiner Messung habe ich die Regler so eingestellt, dass ein halbwegs gerader Frequenzgang herauskam.

Hier alle gemessenen Verstärker auf einem Blick mit Farbzuordnung:

Auffällig sind der SA-36, der durch einen schwächeren Pegel auffällt. Wesentlich schlimmer ist da der Frequenzgang des Gemtune, der bei nächstbester Gelegenheit korrigiert werden muss!

Meine Platzierung, die sich auf einen, über einen möglichst weiten Bereich geradlinigen Frequenzgang, bezieht:

1. t.amp PM40C (0,7dB; für mich als Messverstärker ok)
2. SMSL SA-50 (für mich als Messverstärker noch ok, wenn die Hochtonimpedanz stimmt)
3. SMSL SA-36A Pro (für mich als Messverstärker noch ok, wenn die Hochtonimpedanz stimmt und die Leistung ausreicht)
4. PJ.Miaolai M8 (für mich als Messverstärker nicht ok wegen der Klangregler)
…
Gemtune GS-02 (abgeschlagen. Am Hochtonanstieg muss man unbedingt noch arbeiten! Siehe weiter unten.)

Wenn irgendwann einmal der Frequenzgang eines Lautsprechers so aussieht, hat man etwas falsch gemacht! Meine Erklärung für Newbies: Es folgt der gemessene Frequenzgang einer meiner Lieblingsboxen mit recht guter Linearität für einen Lautsprecher. Man beachte den Unterschied zu den vorigen drei Kurven!

Was kann man mit diesen Messungen anfangen?

Dazu gibt es jetzt etwas Theorie, aber nur etwas!
Die menschliche Sprache nutzt hauptsächlich den Bereich zwischen 200 und 4000 Hertz (= 4kHz). In diesem Bereich ist auch die größte Empfindlichkeit zu verzeichnen. Zumindest in diesem Bereich sollte die Abweichung des Verstärkers deutlich unterhalb von 1 dB sein. Bei einem Gehörtest auf den Philipsseiten (Golden Ears) vor einigen Jahren, konnte ich bei manchen Frequenzen den Unterschied von 1 dB hören, obwohl mein Gehör nur knapp über „mittelmäßig“ liegen dürfte, was mein Abschneiden nur mit Bronze in diesem Test zeigte. Silber ist an meiner Unfähigkeit gescheitert, bei mittelmäßig stark komprimierten MP3-Dateien Unterschiede zum unkomprimierten Original zu hören.

Wir wollen natürlich auch noch Musik mit den Lautsprechern hören! Wie ist dieser Frequenzbereich zu sehen? Laut Wiki soll der Bereich zwischen 40 Hz und 8kHz liegen. Ich kenne allerdings große Trommeln, die bis ca. 16 Hertz hinunterkommen und auch Töne von über 10 kHz sind (häufig bei elektronischer Musik) besonders von jungen Menschen gut zu hören. Es gibt Aufstellungen, von wo bis wo die verschiedenen Bereiche einzuordnen sind, aber ich will es nicht zu kompliziert machen und nenne hier nur den Beginn bei ca. 20 Hz und das Ende von ca. 20 kHz. (Mein ca. 60 Jahre altes Gehör schafft gerade noch 13 kHz bei Zimmerlautstärke des restlichen getesteten Bereichs.) Dazu gibt es folgende Begriffe, die immer wieder auftauchen, wenn man sich mit diesem Thema beschäftigt, wobei diese Begriffe hin und wieder auch durch andere ersetzt werden: Tiefbass, Oberbass, Grundton, Mittelton, Präsenz, Brillanz, Höhen, Superhochton. Wer dazu mehr wissen möchte, bitte googeln.

Zu obiger Messung zurückkehrend lässt sich sagen, dass der Pegel, besonders dort, wo das Ohr am Empfindlichsten ist, schön gleichmäßig ist! Den Klirrfaktor kann ich bisher noch nicht messen. Dazu muss ich erst noch beim ARTA-Produkt „Steps“ einsteigen. Der Klirrfaktor wäre ansonsten auch noch wichtig und ein guter Wert wäre Voraussetzung für die folgenden Einschätzungen:

Der Verstärker von t.amp ist aus diesem Testfeld der Einzige, der für die semiprofessionelle Nutzung als Messverstärker geeignet ist. Bei einer Hochtonimpedanz von 5 bis 7 Ohm ist der SA-50 und auch noch der SA-36A Pro mit -2 bzw. 2 dB Abweichung bei 20 kHz als Messverstärker brauchbar!

Nachtrag zum Gemtune GS-02 Röhrenverstärker:
Nur eine Woche später habe ich die Kurve des Gemtune zumindest deutlich verbessert, wenn sie auch nicht wirklich gut geworden ist (Bild rechts). Die steil ansteigende blaue Kurve ist vor der Korrektur. Die anderen beiden Kurven zeigen den Verlauf des linken und rechten Kanals nach der Korrektur. Da ich mich mit Röhrenverstärkern nicht gut auskenne, habe ich einfach einen 3,3 nF Kondensator hinter einen 18 kOhm Widerstand pro Kanal gelötet (R-C-Glied), die nun in meinem Balanceregler untergebracht sind. Natürlich sieht man, dass es kein geradliniger Verlauf ist, aber ich kann damit leben, besonders weil meine 3-Wege-Lautsprecher (Native Speaker) Regler für den Hoch- und Mitteltöner haben, mit denen ich die „Reste“ locker korrigieren konnte.