AFW1R2 / Aktive 3-Wege Frequenzweiche

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Inhaltsverzeichnis

Einleitung

31.07.2018

Wie es oft im Leben läuft ist aus dem Versuchsaufbau AFW1 eine dauerhafte Lösung geworden und diese Frequenzweiche leistet mir seit vielen Jahren sehr gute Dienste. Auch ist sie einige Male erfolgreich nachgebaut worden. Eine Entwicklung mit der ich ziemlich zufrieden bin.

In der Zwischenzeit habe ich mich immer mal wieder mit dem Thema aktive Frequenzweiche beschäftigt. Einige dieser Gedankengänge habe ich auch hier veröffentlicht und nach einiger Zeit wieder herausgenommen – sie sind nie zum Einsatz gekommen. Einige Designs haben es nur zu CAD Daten geschafft, andere habe ich aufgebaut und war mit dem Ergebnis nicht wirklich zufrieden.

Für das RQM-System brauche ich aber zwingend eine aktive 3-Weg Weiche und so habe ich mich Mitte 2018 noch einmal dem Thema angenommen. Das Ergebnis habe ich AFW1R2 getauft da es doch einen Menge Ähnlichkeiten mit der AFW1 gibt – das R2 steht für Revision 2.

Natürlich ist der audiophile Anspruch bezogen auf die AFW1 gewachsen und so ist es eine 2-Gehäuse Lösung geworden mit einem sehr aufwendigen ungeregeltem Netzteil in dem einen Gehäuse und einem zweiten mit der eigentlichen Weiche, aufgebaut mit diskreten Operationsverstärkern wie ich sie auch im DPV1 verwende.

Im Gegensatz zur AFW1 ist diese Weiche nicht flexible designed, sie ist auf meine Applikation hin entwickelt worden und besitzt nach außen keinerlei Bedienungselemente. Alle notwendigen Abgleiche müssen bei abgehobenem Deckel vorgenommen werden – ein Resultat aus den Erfahrungen der letzten Jahre. Ich habe gelernt wie aufwendig es ist eine Weiche richtig abzugleichen und wie schnell man dann mit externen Bedienelementen etwas unbeabsichtigt verstellen kann. Die Weiche wird bei mir – dank meinem Freund Heiner und seinem Acourate – ausschließlich mit Hilfe akustischer Messungen eingepegelt.

Beschreibung der Elektronik

31.07.2018

Die Filter dieser Frequenzweiche haben wie bei der AFW1 eine Salen-Key Topologie mit 24dB Linkwitz-Riley Filtercharakteristik. Als aktive Elemente setze ich diskrete Operationsverstärker – ähnlich denen im DPV1 – ein. Damit der Platz für eine solche Menge an Elektronik überhaupt ausreicht sind die OP’s auf Einsteckkarten untergebracht.

An dieser Stelle habe ich einen meiner Grundsätze missachtet und die neue Weiche – zumindest intern – unsymmetrisch aufgebaut. Die Eingangsschaltung setzt das ankommende symmetrische Signal auf das interne unsymmetrische um und an den Ausgängen der Weiche geschieht es umgekehrt. Nach außen hin ist diese Weiche dann also doch zwingend symmetrisch zu betreiben. Eine weitere Gemeinsamkeit mit der AFW1.

Die beiden Eingangsverstärker sind als Instrumentenverstärker aufgebaut. Sie setzen nicht nur die symmetrischen Eingangssignale in unsymmetrisch Ausgangssignale um, sondern diese Stufe verstärkt das Nutzsignal und begrenzt es zudem in der maximalen Frequenz. Alle 3 Operationsverstärker dieser Stufe sind diskret ausgeführt. Das Ausgangssignal wird anschließend an die 3 Filtergruppen – Hochpass, Bandpass und Tiefpass – weitergeleitet.

Alle Filterstufen sind, wie oben schon bemerkt, in einer Salen-Key Topologie aufgebaut. Es werden 2 Filter 2. Ordnung hintereinander geschaltet um so eine 24dB Linkwitz-Riley Filtercharakteristik zu erhalten. Die 1%igen Widerstände in den Filtern sind so niederohmig wie möglich ausgelegt – niedriges Rauschverhalten. Als Kondensatoren setze ich nur 1% 10nF und 100nF MKP 1837 Typen von Vishay ein. Ich akzeptiere “krumme” Übergangsfrequenzen um so auf die Parallelschaltung von Widerständen verzichten zu können. Es ist wirklich egal ob die Trennfrequenz des Subwoofers exakt bei 125Hz oder “erst” bei 127Hz liegt, Hauptsache die Trennfrequenzen in den entsprechenden Kanälen sind identisch.

Der Subwoofer-Kanal ist in Mono ausgelegt. Hierzu werden die Eingangssignale des linken und rechten Kanals summiert und anschließend dem Tiefpassfilter zugeführt. In diesem Kanal setze ich integrierte Operationsverstärker ein. Ich bin der Meinung das sich dies bei der niedrigen Frequenz <150Hz nicht klanglich auswirkt.

Der Bandpass Kanal, der das Signal für die Stacked-Quads aufbereitet, hat keine Pegeleinstellung und definiert somit den Grundpegel der Frequenzweiche. Die beiden anderen Kanäle – Hoch- und Tiefpass – müssen an diesen Pegel angepasst werden.

Die symmetrierenden Ausgangsstufen werden durch 2 diskrete Operationsverstärker gebildet. Ihnen zur Seite stehen integrierte OP’s die als Servo-Regler für Ausgangssignale ohne Offset-Spannung sorgen. Somit kann ich in der kompletten Frequenzweiche auf reine Koppelkondesatoren verzichten.

Die diskreten Operationsverstärker laufen mit einer Spannung von ±25V. Diese werden pro Kanal von diskreten Spannungsreglern, wie ich sie auch in meinem Vorverstärker einsetze, versorgt. Der Sub-Kanal hat ein aufwendiges Netzteil mit integrierten Reglern, sie liefern die für OP’s übliche Spannung von ±15V. Dieses Netzteil versorgt auch die OP’s der Servo-Regler. Die Massen alle drei Regler sind identisch und werden durch eine große durchgehende Massefläche gebildet.

Alle drei Netzteile haben ein eigenes aber identisches ungeregeltes Netzteil mit Kapazitätsmultiplizierern als Front-End. Diese werden aus einem Ringkerntrafo mit eigenen Sekundärspannungen versorgt. Es gibt die für meine Designs übliche Remote Steuerung zum ein- und ausschalten und eine Schaltung zum ermitteln der korrekten Phasenlage. Natürlich ist auch ein 230V/AC DC-Filter vor der Primärwicklung des Transformators integriert.