Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Aufbau des Verstärkers
- Stromversorgung
- Steuerung des DHA
- Einbau in das Gehäuse
- Audiophile Bewertung des DHA
Einleitung
06. Juni 2019
Mit dem 2015 aufgebauten Kopfhörerverstärker HA1 habe ich über die Jahre hinweg sehr angenehm Musik gehört. Zunächst mit meinem alten AKG-Kopfhörer und seit Ende 2018 mit meinem neuen Sennheiser HD 800 S. Da ich schon lange vor dem Kauf geplant hatte, mir den Sennheiser zuzulegen, und die Schaltungstechnik des HA1 nicht meinen Präferenzen entsprach, begann ich bereits 2017 mit der Planung eines Kopfhörerverstärkers für den HD 800 S.
Der Sennheiser HD 800 S wird mit Kabeln für den symmetrischen und unsymmetrischen Betrieb ausgeliefert. Das kam mir sehr gelegen, denn ich wollte, dass das Design des neuen Kopfhörerverstärkers symmetrisch ausgelegt ist.
Nach einer längeren Analyse verschiedener Designs in SPICE habe ich mich letztendlich für ein UGS6-Modul mit nachgeschalteten Ausgangsstufen in XA.8-Topologie entschieden. Zudem sollten Servo-Regler integriert werden, um auf Koppelkondensatoren verzichten zu können.
Am 16.06.2019 übernahm der DHA den Platz meines HA1.
Aufbau des Verstärkers
16. Juni 2019
Der Kopfhörerverstärker ist in einem Kühlkörpergehäuse von HiFi-2000 untergebracht. Die komplette Audioelektronik für einen Kanal inklusive Eingangswahlschaltung mit Ansteuerung befindet sich auf einer Leiterplatte, welche auf einen der beiden Kühlkörper aufgeschraubt ist.
Der DHA verfügt über zwei symmetrische und zwei unsymmetrische Eingänge. Direkt hinter den unsymmetrischen Eingängen symmetriert ein DRV135 die Signale. Die Eingänge werden per Relais geschaltet, die wiederum von einem I2C-Port-Baustein angesteuert werden, der mit auf dem Audio-Board untergebracht ist. Dabei sind die Potentiale der analogen und digitalen Masse streng voneinander getrennt, um Störungen aus der digitalen Elektronik zu vermeiden.
Das symmetrische Eingangssignal gelangt zur Lautstärkeeinstellung. Hierfür habe ich das integrierte Potenziometer MUSES72320 von New Japan Radio verwendet, das ich seit Jahren präferiere. Auch dessen digitale Signale werden durch ein ADuM3154 vollständig von der digitalen Sektion entkoppelt.
Auf das MUSES72320 folgt die eigentliche Verstärkerschaltung des Kopfhörerverstärkers. Es handelt sich um einen diskreten, supersymmetrischen Verstärker, der aus einem UGS6-Modul im Eingang und zwei Ausgangsstufen in XA.8-Topologie besteht. Zusätzlich werden zwei Schaltungsteile zur Ruhestromeinstellung der jeweiligen Endstufe benötigt, die einen integrierten Servo-Regler enthalten, der den absoluten Ausgangsoffset auf 0V hält. Die Verstärkung ist per DIP-Schalter wählbar und beträgt 12dB, 16dB oder 20dB.
Eine Ausgangsstufe – und jeder Kanal hat natürlich zwei davon – besteht aus einer Gegentakt-Klasse-AB- und einer Single-Ended Class-A Stufe mit den TO-220 MOSFETs IRF610/IRF9610. Der Ruhestrom pro MOSFET ist auf 50mA eingestellt. Damit ergibt sich eine Verlustleistung von 10W pro Kanal, wodurch der doch relativ große Kühlkörper merklich warm wird. Die Last, also der Kopfhörer, wird an die beiden Ausgänge der Endstufe angeschlossen und hat somit keinen direkten Kontakt zur Masse (Brückenendstufe).
Ich kann die Servos deaktivieren, um den differenziellen und absoluten Offset des Verstärkers zunächst manuell abzugleichen.
Die SMD-Bausteine (DRV135, MUSES72320, …) sind auf der Rückseite des Verstärkerboards platziert und deshalb auf den Fotos nicht zu sehen.
Stromversorgung
16. Juni 2019
Wie bei der Audioschaltung machte ich auch bei der Stromversorgung keinerlei Kompromisse, sondern brachte mein gesamtes aktuelles Wissen über den Aufbau audiophiler Netzteile ein.
Die 230V/AC Seite beginnt mit einer Netzbuchse mit eingebauten Sicherungen, einem Netzschalter und einem Netzfilter von Schurter. Das Erdungskabel ist ausgehend von dieser Buchse direkt an den zentralen Erdungspunkt auf dem Geräteboden (eine M5-Schraube) angeschraubt. Phase und Nullleiter gehen direkt auf die Leiterplatte, wo sie noch einmal von drei Kondensatoren (Wima MP3 X2 und Y2) gefiltert werden. Danach folgt der DC-Filter, der eventuelle Gleichspannungsanteile auf der Netzspannung ausfiltert. Nach diesen drei Filtern gelangt die Netzspannung auf die Primärwicklung des Ringkerntransformators.
Wie meistens setze ich einen Transformator von Müller Elektrotechnik ein, der nach meinen Anforderungen ausgelegt wurde. Der verwendete Trafo hat fünf Sekundärspannungen: vier für die Versorgung der beiden Verstärker und eine für die digitale Elektronik.
Die Gleichspannungsaufbereitung für die Verstärker ist selbstverständlich in Dual-Mono Bauweise ausgeführt, mit Ausnahme des gemeinsamen Trafos.
Jeweils zwei der vier Sekundärspannungen des Trafos gelangen zunächst auf ein Snubber-Netzwerk und anschließend auf einen Brückengleichrichter mit Ultra-Fast Soft-Recovery Dioden. Hinter den Dioden folgt eine CLC-Filterung mit stromkompensierten Drosseln und vier 22mF Elkos. Danach werden die Gleichspannungen mit einem Kapazitätsmultiplizierer weiter gefiltert und anschließend von einem modifizierten Jung Regler extrem rauscharm auf die gewünschte Ausgangsspannung von ±25V geregelt.
Die beiden analogen Massen werden jeweils über einen Widerstand und zwei antiparallel geschaltete Dioden an Erde angeschlossen.
Auf dem Board befindet sich außerdem ein kleiner zusätzlicher Trafo, dessen Aufgabe es ist, eine ungeregelte Gleichspannung zur potenzialgetrennten Remote-Einschaltung weiterer Komponenten zur Verfügung zu stellen.
Zuletzt befindet sich auf dem Board noch ein Schaltungsteil zur Ermittlung der korrekten Netzphase. Die Netzphase wird nicht permanent ermittelt, sondern vom Controller über ein Relais ein- und ausgeschaltet. Somit fließt nur kurzzeitig ein kleiner Strom in die Erde. Die Phase wird über eine Glimmlampe ermittelt, die von einem lichtempfindlichen Widerstand und einem anschließenden Komparator ausgewertet wird.
Steuerung des DHA
16. Juni 2019
Wenn man den MUSES72320 verwendet, muss man zwangsläufig auch einen Mikrocontroller ins System einbauen, da dies die einzige Möglichkeit ist, diesen Chip anzusteuern.
Wie eigentlich immer in meinen Designs nutzt das hier verwendete Controller Board den Atmel Controller AT89C51ED2. Das System wird mit zwei Drehwinkelgebern, einer RC5-Fernbedienung und einem 2×20 OLED mit 9,66 mm hohen Buchstaben bedient. Das Board steuert die beiden MUSES72320 an und schaltet die Audio-Relais. Zudem kontrolliert es die Phasenermittlung, wie oben beschrieben. Als kleines Extra lässt sich die blaue LED zur Netzspannungsanzeige vom Controller aus nahezu stufenlos in der Helligkeit einstellen.
Die Drehwinkelgeber, das OLED, die LED und der IR-Empfänger sind auf dem Board integriert, sodass keine zusätzliche Verkabelung notwendig ist. Darüber hinaus befinden sich die Gleichrichtung und die Spannungsregelung der Stromversorgung des digitalen Systems ebenfalls auf dem Board.
Einbau in das Gehäuse
17. Juni 2019
Wie bereits angedeutet, verwende ich auch dieses Mal wieder ein Gehäuse von HiFi-2000, genauer gesagt ein Dissipante mit 3 HE, 300mm Tiefe und einer 10mm dicken Frontplatte.
Auf dem Bild oben ist gut zu erkennen, wie die insgesamt vier Leiterplatten im Gehäuse montiert wurden. Die beiden Audio-Boards sitzen links und rechts auf den Kühlkörpern, das Controller-Board ist von hinten an der Frontplatte und das Netzteil am Boden befestigt. Der Trafo ist mithilfe einer Montageplatte und Gummipuffern durch Aussparungen in der Netzteilplatine ebenfalls auf dem Boden des Gehäuses montiert.
Auf der Rückseite befinden sich mittig der 230V/AC Anschluss und der Remote-Ausgang. Links und rechts davon sind die vier Eingangsbuchsen pro Kanal (2× XLR und 2× Cinch) platziert.
Die Front ist am Anfang dieser Seite zu sehen und entspricht meinem üblichen Aufbau: Sie verfügt über ein mittig zentriertes Display sowie zwei Drehwinkelgeber links und rechts davon. Auf der Front des DHA ist zusätzlich die Ausgangsbuchse zum Anschluss des Kopfhörers (XLR, 4-polig) untergebracht. Links davon befindet sich der IR-Empfänger und rechts die Power-LED.
Audiophile Bewertung des DHA
17. Juni 2019
Der erste Höreindruck war vielversprechend. Die supersymmetrische Schaltungstechnik verträgt sich extrem gut mit dem Sennheiser HD 800 S. Mit dieser Kombination erreiche ich die außergewöhnliche Auflösung, die ich von meiner großen Audioanlage gewohnt bin. Eine abschließende Bewertung kann ich allerdings erst nach einer Einspielzeit abgeben.
07. August 2019
Ich habe nun annähernd zwei Monate lang fast täglich Musik mit der Kombination aus DHA und Sennheiser HD 800 S gehört und muss sagen, dass ich mächtig begeistert bin. Die Kombination spielt einfach traumhaft zusammen. Wieder einmal zeigten sich für mich die immensen Vorteile der SUSY-Schaltungstopologie. Ich hatte hohe Erwartungen, doch die audiophile Performance des DHA übertraf alle meine Erwartungen. Eine sehr gelungene Konstruktion!