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Hifi-Klassiker

Aikido by John Broskie (JRB) - Teil 1

 
Die Idee zu einer Rubrik "Hifi-Klassiker", in der wir die klassische Röhrengeräte von QUAD, McIntosh etc. durchleuchten und besprechen wollen, beschäftigt uns schon eine ganze Weile. Nach all der Digitaltechnik wird es ohnehin wieder Zeit für handfeste Röhrenschaltungen. Den Anfang soll die Aikido von John Broskie machen, vielen besser bekannt als JRB vom Tubecad-Journal, dessen kreativen Umgang mit der Röhrentechnik wir sehr schätzen und wir ihm deshalb gerne den Vortritt vor den Walkers und Paravicinis gewähren.
 
Aikido bereits ein Klassiker?
Der eine oder andere mag einwenden, dass der Ur-Aikido und seine vielen Ableitungen ja gar keine "richtigen" Gerät wären, sondern lediglich in der DIY-Szene beheimatet sind. Das ist faktisch richtig, aber wenn man sich die Menge an Suchmaschinen-Treffer ansieht, muss Broskie etwas, sagen wir, ausgelöst haben, und zwar ganz ohne die Marketing-Maschinerie der "Großen". Das ist aller Ehren wert, und deshalb soll Broskie's Aikido unsere Reihe beginnen.
 
Die Compound-Schaltung
Die Basis für Broskie's Aikido ist die altbekannte Compound-Schaltung, die wir uns kurz in Erinnerung rufen, bevor es in die Feinheiten der Noise-Injection geht. Zwei Röhren, ein Folienkondensator und eine Handvoll Widerstände ist bereits alles, was man für eine zweistufige Line-Stage braucht, die bereits ordentlich Musik macht.
 
 
Die erste der beiden Stufen um die Doppeltriode V1 bringt die Spannungsverstärkung, während die Follower-Stufe um V2 als Impedanzwandler ohne weitere Spannungsverstärkung fungiert und das Ausgangssignal niederohmig auskoppelt. Die Gridstopper R2, R4 und R6 haben mit der eigentlichen Funktion der Schaltung nichts zu tun, sie sollen lediglich jedes hochfrequente Schwingen unterdrücken. Genauso verhält es sich mit R9 und R10 - zu hochohmig, um die Funktion zu beeinträchtigen, aber wenn Röhre V1 gezogen wird, halten sie Röhre V2 in Schach.
Die Spannungsverstärkung der ersten Stufe ist schnell erklärt: Die untere Triode arbeitet in Kathodenbasis-Schaltung gegen eine Naja-Stromquelle, gebildet aus der oberen Triode, deren Strom mittels R8 genauso eingestellt wird, wie R1 den Arbeitspunkt der unteren Triode bestimmt. Den despektierlichen Begriff Naja-Stromquelle möge man uns nachsehen, aber mit einer ECC82 plus 330 Ohm Emitterwiderstand wird sich der Innenwiderstand so um 13 Kiloohm einpendeln, während wir erst ab 100 Kiloohm aufwärts von einer echten Stromquelle sprechen möchten. Die 13 Kiloohm sind aber ein sehr brauchbarer Arbeitswiderstand für die untere Triode, aus dem sich ein für eine Line-Stage optimaler Verstärkungsfaktor von etwas unter 10 ergibt. Neben dem passenden Verstärkungsfaktor hat die erste Stufe noch eine zweite wichtige Eigenschaft, nämlich der nahezu identische Innenwiderstand für die obere und untere Triode, die im weiteren Verlauf noch relevant werden wird.
Die obere Triode der zweiten Stufe ist als klassischer Follower (Anodenbasis-Schaltung für uns ältere) direkt an die erste Stufe gekoppelt. Ihr Gegenpart ist die untere Triode, wiederum eine Stromquelle der Sorte Naja. Im Gegensatz zur ersten Stufe birgt der relative geringe Innenwiderstand durchaus ein Handicap: der Follower würde gegen eine höhere Impedanz linearer und im musikalischen Sinne schneller spielen. Solange aber die Einfachheit der Schaltung im Vordergrund steht, ist dies völlig in Ordnung.
Setzen wir für die V2 ebenfalls eine ECC82 in den Sockel und lassen R1, R8 und R5 gleich groß sein, dann kommt langsam der Begriff Compound-Schaltung ins Spiel. Die Ruheströme durch beide Zweige werden weitestgehend identisch sein, was das erste Merkmal des Compounds sein soll - was andere nicht so eng sehen. Der eigentliche Clou der Schaltung ist aber, dass zumindest in der Theorie die Summe beider Zweigströme auch bei Aussteuerung immer konstant ist, weil eine Zunahme des Stroms im ersten Zweig mit einer Abnahme im zweiten Zweig einhergeht und umgekehrt. Eine äußerst willkommene Eigenschaft, weil sie das Netzteil vom "Stromschaufeln" entlastet und so indirekt die Verkopplung der beiden Stufen über das nicht-ideale Netzteil reduziert. Auf eine tiefergehende Erklärung verzichten wir an dieser Stelle, da das Konzept in der Praxis bei weitem nicht so gut funktioniert. Man sollte nämlich nicht vergessen, dass am Verstärkerausgang eine Last hängt, die irgendwo zwischen 10 Kiloohm für eine Halbleiterendstufe und bis zu 1 Megaohm für eine Röhrenstufe betragen kann. Und selbstverständlich geht der Laststrom mit in den Zweigstrom ein, weshalb man sich vom Ideal ausbalanzierter Ströme in der Regel verabschieden kann. Schade eigentlich!
Es gibt aber noch einen zweiten gewichtigen Grund, weshalb man am Netzteil nicht sparen kann, und das ist das lausige PSRR der Schaltung.
 
PSRR
Das furchtbare Wort Power-Supply-Rejection-Ratio meint die Fähigkeit einer Schaltung, Störungen der Versorgung nicht zum Signalausgang gelangen zu lassen.
Wären die 250 Volt der Versorgung der Schaltung von oben auch nur mit 2 Millivolt Brumm überlagert, dann fänden wir knapp 1 Millivolt davon am Ausgang wieder. Nimmt man 1 Volt als Nennwert der Ausgangsspannung, so beträgt der (Geräuschspannungs-) Abstand zum Brumm nur Faktor 1000 bzw. 60dB. Das ist ziemlich lausig, zumal wir das Rauschen noch gar nicht berücksichtigt haben. 80dB oder mehr wären schon gefordert...
Betrachten wir in dieser Disziplin die beiden Stufen noch einmal. Die Follower-Stufe hat ein ausgezeichnetes PSRR - bei konstanter Steuerspannung zwischen Gitter und Kathode ändert sich der Querstrom aufgrund einer Anodenspannungsänderung nur sehr wenig. Wir Alte kennen das als Anodenrückwirkung, deren Kehrwert in etwas abgewandelter Definition als Röhrenparameter Mü auch den jüngeren bekannt sein sollte. Das schlechte PSRR des Compounds hängt also an der Kombination der sehr guten zweiten Stufe mit der ersten Stufe. Weiter oben wollten wir im Hinterkopf behalten, dass die beiden Trioden der ersten Stufe fast identische Innenwiderstände besitzen. Da die Spannungsteiler-Regel immer noch gültig ist, muss die erste Stufe die Hälfte der Versorgungs-Verunreinigung an die zweite Stufe weitergeben, weil zwei gleiche Reihenwiderstände eine Spannung in zwei teilen. Die zweite Stufe fügt keine weitere Verunreinigung hinzu, aber verstärkt das ankommende Signal mit knapp Faktor 1, weshalb wir die Hälfte oder -6dB der Versorgungs-Verunreinigung am Ausgang wiederfinden.
 
Noise-Injection
Broskie löste dieses Problem, indem er sich an den alten Trick der Noise-Injection erinnerte. Dieser Begriff bedeutet im Kern, dass man einen Teil der Verunreinigung nimmt und sie an geeigneter Stelle wieder in die Schaltung einspeist. Die Einspeisung sollte allerdings so gewählt werden, dass sich die Verunreinigung idealerweise ausnullt und nicht noch verstärkt. Broskie gelingt das am Compound mit nur vier zusätzlichen Bauteilen, die im nachfolgenden Plan blau gezeichnet sind.
 
 
Da man die Verunreinigung der Versorgung kompensieren möchte, werden die 250 Volt angezapft. C3 blockt den Gleichspannungsanteil der Versorgung, schließlich ist nur der Brumm von Interesse. R23 und R24 bilden einen simplen Spannungsteiler, so dass wir an Knoten $102 eine Brummspannung messen können, die phasengleich zur Versorgung aber im Betrag reduziert ist.
Mit der gleichen Phasenlage trifft der von der ersten Stufe kommende Brumm, wenn wir R21 noch vernachlässigen, auf die Anode der V4-Stromquelle. Der Trick besteht nun darin, die untere der V4-Trioden für das Nutzsignal weiterhin Stromquelle sein zu lassen, für die Noise-Injection, die mittels R22 am Gitter stattfindet, das gleiche Triodensystem wie eine Kathodenbasis-Schaltung arbeiten zu lassen. Diese dreht bekanntlich die Phase zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung, so dass an der Anode die Brummspannungen mit gleichem Betrag, aber gedrehter Phase zusammentreffen. Damit das Ausnullen tatsächlich stattfinden kann, fehlt nur noch ein kleiner Arbeitswiderstand für die neue Kathodenbasis-Schaltung, und das ist R21.
 
 
Die so entstandene Schaltung entspricht ziemlich genau der Ur-Aikido von JRB. Dass wir auf leicht unterschiedliche Bauteilwerte kommen, sowohl rechnerisch wie auch in der Praxis, tut der Sache keinen Abbruch. Damit verbleiben noch zwei Fragen: wie klingt es, was wir im zweiten und letzten Teil beantworten wollen, und wie gut funktioniert die Noise-Cancellation wirklich?
Der folgende Print kommt zwar nur aus der Simulation, deckt sich aber perfekt mit den Messungen am lebenden Gerät. Die durchgezogene rote Linie ist der in die Versorgung eingeprägte Schmutz mit einem Pegel von 0dBV, dann erhalten wir für die Ausgangsspannung des Moduls in durchgezogenem Blau direkt das PSRR. Offensichtlich übertrumpft die Aikido den normalen Compound deutlich: Ein PSRR besser 30dB statt 6dB für das gesamte Audioband und überdies sehr gleichmäßig. Chapeau!
 
 
 
Ausblick
Da wir das Silben-Budget schon wieder massiv überschritten haben, muss der Soundcheck noch bis zum nächsten Mal warten. Genauso wie das Netzteil, denn wir haben dem Amp einen sehr leckeren Inverted-Shunt-Reg spendiert - JRB würde seine Freude daran haben!
 
 
Bis zum nächsten Mal,
Ihr Team von McIntyre-HiFi
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