Die Verzerrungen eines Audio-Übertragers sind nicht so offensichtlich wie bei einem Verstärker – sie treten oft nur bei bestimmten Frequenzen, bestimmten Signalpegeln oder unter bestimmten Gleichstrombedingungen auf. Manche Anwender stellen nach einem Übertragerwechsel fest, dass die Bässe „matschig" klingen, andere bemerken bei hoher Lautstärke eine „Pressung" im Mitteltonbereich, wieder andere messen einen ungewöhnlichen THD-Anstieg mit der Frequenz. Um diese Probleme zu lösen, muss zunächst geklärt werden, ob die Verzerrung vom Kern, von der Vormagnetisierung oder vom Wicklungsaufbau herrührt.
Drei Hauptarten von Verzerrungen
| Typ | Ursache | Hörbare Auswirkung | Gegenmaßnahme |
|---|---|---|---|
| Nichtlinearität des Kerns | Krümmung der Magnetisierungskennlinie, Hysterese | Mittel- und Tieftonbereich rau, erhöhte gerade Oberwellen | Größerer Kern, Material mit hoher Permeabilität, geringerer Arbeitspegel |
| Sättigung durch Gleichstrom-Vormagnetisierung | Gleichstromanteil auf der Primärseite | Bässe brechen zuerst ein, mit zunehmender Lautstärke deutlicher | Luftspalt einfügen, höhere Sättigungsreserve, Gleichstromtrennung |
| Asymmetrie der Wicklung | Ungleichmäßige Streuinduktivität und verteilte Kapazität | Höhenabfall, Phasenverschiebung, schlechtere Gleichtaktunterdrückung | Schicht- und Sektionswicklung, symmetrischer Aufbau, optimierte Abschirmung |
Nichtlinearität des Kerns
Die Magnetisierungskennlinie des Kerns ist nicht linear – je größer das Signal, desto näher rückt der Arbeitspunkt an den gekrümmten Bereich, und die Verzerrung steigt. Permalloy bietet bei schwachen Signalen eine gute Linearität, hat jedoch eine geringere Sättigungsflussdichte; Siliziumstahl hat eine höhere Sättigungsgrenze, aber bei kleinen Signalen eine begrenzte Permeabilität. Bei der Materialwahl kommt es darauf an, in welchem Bereich der Kennlinie der tatsächliche Arbeitspegel liegt, nicht nur auf die Anfangspermeabilität. Durch Absenken des Arbeitspegels, Vergrößerung der Kernquerschnittsfläche oder Erhöhung der Windungszahl lässt sich der Arbeitspunkt in den linearen Bereich zurückführen.
Sättigung durch Gleichstrom-Vormagnetisierung
Bei Eintakt-Schaltungen, Vormagnetisierungsschaltungen oder unzureichender Trennung der Phantomspeisung kann ein Gleichstrom durch die Primärwicklung fließen. Dieser Gleichstrom verschiebt den Kern in die einseitige Sättigung, was zu einem Abfall der Induktivität, einem vorzeitigen Tieftonabfall und bei stärkerer Ausprägung zu deutlichen Verzerrungen führt. Lösungen sind das Einfügen eines Luftspalts, die Wahl eines Materials mit höherer Sättigungsflussdichte oder eine Gleichstromtrennung auf Schaltungsebene. Ein Luftspalt reduziert jedoch die effektive Permeabilität, sodass Windungszahl und Induktivität neu berechnet werden müssen. Die entsprechende Auswahl-Logik finden Sie im Leitfaden zur Auswahl von Audio-Übertragern.
Asymmetrie der Wicklung
Die Streuinduktivität bestimmt den Höhenabfall, die verteilte Kapazität die Hochfrequenz-Resonanz – beide hängen vom Wicklungsaufbau ab. Eine einfache wilde Wicklung führt zu größerer Streuinduktivität und uneinheitlicher verteilter Kapazität, was sich als Dämpfung im Hochtonbereich, Phasenverschiebung oder sogar als Peaks und Dips bei bestimmten Frequenzen äußert. Schichtwicklung, Sektionswicklung und verschachtelte Führung können dies verbessern, erhöhen jedoch den Fertigungsaufwand. Auch Position und Erdung der Abschirmung beeinflussen das Hochfrequenzverhalten – weitere Details siehe Vergleich der Abschirmungskonzepte.
Weitere leicht zu übersehende Faktoren
- Quellimpedanz und Last nicht angepasst. Dies kann einen vorzeitigen Tieftonabfall oder eine Hochfrequenz-Resonanz verursachen, die fälschlich als Verzerrung interpretiert wird.
- Einbauort. In der Nähe von Netztransformatoren oder magnetischen Gehäusen kann Streufluss Brummen und zusätzliche Verzerrungen einführen.
- Vergussmaterial. Schrumpfung beim Aushärten verändert die verteilten Parameter; nach dem Vergießen ist eine Nachmessung erforderlich.
- Temperatur. Die Kernparameter ändern sich mit der Temperatur; bei hohen Temperaturen sinkt die Sättigungsreserve.
Mess- und Diagnosemethoden
- Mit 1-kHz-Referenzpegel den THD-Verlauf über der Frequenz messen, um den Frequenzbereich mit ansteigender Verzerrung zu finden.
- Bei fester Frequenz den THD-Verlauf über dem Pegel messen, um zu beurteilen, ob eine Annäherung an die Sättigung vorliegt.
- Nach Anlegen einer Gleichstrom-Vormagnetisierung erneut messen, um den Einfluss auf den Tieftonbereich zu bestätigen.
- Leerlauf- und Lastmessung vergleichen, um Lastanpassungsprobleme auszuschließen.
- Mehrere Muster derselben Spezifikation aus verschiedenen Chargen vergleichen, um Konsistenzprobleme zu erkennen.
Häufige Fragen
Ist ein niedriger THD automatisch gut klingend?
Nicht unbedingt. THD gibt nur den Gesamtbetrag wieder, nicht die Verteilung der Oberwellen. Gerade und ungerade Oberwellen klingen sehr unterschiedlich; zusätzlich müssen Frequenzgang und Einschwingverhalten berücksichtigt werden.
Warum ist bei geringer Lautstärke alles normal, aber bei hoher Lautstärke verzerrt?
Typischerweise nähert sich der Kern der Sättigung oder die Gleichstrom-Vormagnetisierung verschiebt den Arbeitspunkt. Die magnetische Flussdichte beim maximalen Signal muss berechnet und ausreichend Reserve eingeplant werden.
Behebt ein größerer Kern alle Verzerrungen?
Er verbessert sättigungsbedingte Verzerrungen, hilft jedoch bei Hochfrequenzproblemen durch Wicklungsasymmetrie nur begrenzt. Zusätzlich muss der Wicklungsaufbau optimiert werden.
Nach dem Vergießen sind die Verzerrungen größer geworden
Vergussmaterial und Aushärtungsprozess verändern die verteilte Kapazität und die mechanischen Spannungen. Es wird empfohlen, nach dem Vergießen Frequenzgang und THD erneut zu messen und bei Bedarf die Wickelparameter anzupassen.
Wenn Ihre Muster in bestimmten Frequenzbereichen ungewöhnliche Verzerrungen aufweisen, senden Sie uns die Messbedingungen, den Schaltplan und die Chargennummer zur Analyse: Kontakt zum technischen Team. Die entsprechenden Produkte finden Sie auf der Produktseite für Audio-Übertrager.
