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Stereo-Kopfhörerverstärker


Ein Kopfhörerverstärker mit Röhren hat einen ganz besonderen Klang. Ein Problem ist manchmal der geringe Anodenstrom und die geringe Ausgangsleistung an niederohmigen Kopfhörern. Man kann jedoch den Anodenstrom durch eine positive Gittervorspannung vergrößern. Hier wurde ein Gitterwiderstand von 27 k an +12 V gelegt. Es ergibt sich ein Anodenstrom von 2 mA bei einer Betriebsspannung von 12 V. An einem hochohmigen Kopfhörer mit 600 Ohm (Sennheiser HD414) wurde eine gute Lautstärke und ein sehr guter Klang erreicht. Als NF-Quelle diente die PC-Soundkarte. Ein Versuch mit einem 300-Ohm-Kopfhörer (Foto oben) verlief ebenfalls erfolgreich. Solche Modelle erhält man oft auf Langstreckenflügen. Das Schaltbild zeigt die Röhren in Pentodenschaltung mit dem Schirmgitter an +12 V. Beide Heizfäden müssen wie bei den vorigen Versuchen in Reihe geschaltet werden. Der Verstärker eignet sich in dieser Form z.B. als Nachsetzer für die PC-Soundkarte.

Pentodenschaltung


Versuche mit kleineren Gitterwiderständen zeigen, dass mehr Gitterstrom den Anodenstrom kaum noch erhöht, aber erhebliche Verzerrungen verursacht. Eine mögliche Ursache ist die ungünstige Stromverteilung zwischen Schirmgitter und Anode. Beide Elektroden wurden deshalb in einem zweiten Versuch verbunden, so dass die Röhren als Trioden arbeiten. Tatsächlich konnte nun mit Gitterwiderständen von 10 k Ströme von 5 mA erzielt werden. Mit den hochohmigen Kopfhörern ist der Trioden-Verstärker extrem laut. Aber auch ein niederohmiger Typ mit nur 32 Ohm zeigte schon hervorragende Ergebnisse. Allerdings sollte ein Typ mit gutem Wirkungsgrad eingesetzt werden. Der verwendete Kopfhörer stammte aus dem Kosmos-Radiomann und brachte nicht viel weniger Lautstärke als der hochohmige Sennheiser-HD414.

Triodenschaltung


Der Verstärker bringt tatsächlich einen ganz eigenen Klang, der subjektiv als sehr angenehm empfunden wurde. Allgemein sagt man Röhren einen "warmen" Klang nach. Dafür gibt es mehrere Gründe: Der Kopfhörer wird durch den hohen Innenwiderstand der Röhre kaum bedämpft. Die leicht gekrümmte Kennlinie der Röhre verändert den Klang. Bei Übersteuerung geht die Röhre sehr weich in die Sättigung. Die EF95 erweist sich als ideale Röhre für kleine Kopfhörerverstärker und zeigt in dieser Schaltung bei nur 12 V wesentlich mehr Leistung als z.B. eine Doppeltriode ECC81, die bei sonst gleiche Beschaltung nur einen Anodenstrom von 0,5 mA aufweist (vgl. Röhrenprojekte von 6 bis 60V). Siehe auch: Kopfhörerverstärker in der Bastelecke Theorie des Röhrenverstärkers: Jürgen Schmid hat die folgende Abhandlung über einen Vorverstärker mit der Elektronenröhre EC92 für einen Kurs in der Volkshochschule geschrieben. Hier findet man Grundlagen der Röhrentechnik und beispielhafte Berechnungen eines Röhrenverstärkers. ec92.pdf (130 KB) Test mit anderen Röhren Jürgen Heisig hat die Schaltung mit vielen anderen Röhren getestet und die erreichbare Ausgangsspannung an 32 Ohm gemessen. Bei Röhren mit einzeln herausgeführtem Gitter 3 wurde in der "TrioSpez"-Schaltung auch dieses Gitter mit an die Anode gelegt, was mehr Ausgangsleistung brachte. khtest.pdf (42 KB) Rechenprogramm zur Dimensionierung eines Triodenverstärkers Johannes Jakob hat ein Programm entwickelt, mit dem man die Spannungsverstärkung einer Triodenstufe berechnen kann. Nach Eingabe grundlegender Röhrendaten und des gewünschten Arbeitspunkts erhält man die Dimensionierung der Bauteile und weitere wichtige Daten. Spannungsverst.zip (270 KB)


Nachtrag: Kopfhörerverstärker mit der 5687WB Die Doppeltriode 5687 wurde für Impulsanwendungen gebaut und verträgt Kathodenströme bis zu 65 mA. Sie eignet sich deshalb gut zum Aufbau eines Kopfhörerverstärkers. Es reicht eine Röhre für einen vollständigen Stereoverstärker. Mit positiver Gittervorspannung und an nur 12 V Betriebsspannung wird ein Anodenstrom von 10 mA pro System erreicht. Damit können auch niederohmige Kopfhörer bei guter Lautstärke eingesetzt werden. Mit den gewählten Anodenwiderständen von 110 Ohm passt der Verstärker etwa gleich gut für 32-Ohm- und für 600-Ohm-Systeme. Der Verstärker wurde hier auf dem RT100 aufgebaut und getestet.


Kopfhörerverstärker mit zwei E90CC 1957 wurde von Konrad Zuse der legendäre Röhren-Computer Z22 mit speziellen Langlebensdauer-Röhren gebaut. Der Computer hatte 500 Röhren und verbrauchte eine Leistung von 3,5 Kilowatt. Gehen Sie einmal ins Deutsche Museum in München und nehmen Sie sich genügend Zeit für die entsprechende Abteilung mit. Sie finden dort einen Computer aus dieser Zeit mit zahllosen Röhren E90CC. Laut Datenblatt von 1957 handelt es sich dabei um eine Doppeltriode zur Verwendung in Rechenmaschinen mit einer Lebensdauer von über 10.000 Stunden. Aber diese Röhre taugt auch für Audio-Anwendungen! Hier kommt ein Kopfhörerverstärker mit zwei E90CC.


Die beiden Trioden einer Röhre werden jeweils parallel geschaltet und bilden eine gemeinsame Power-Triode. Die Steuergitter werden positiv vorgespannt um auf einen Anodenstrom von insgesamt 10 mA pro Kanal zu kommen. Damit hat man einen ausreichend großen Aussteuerbereich für den Betrieb an 32-Ohm-Kopfhörern. Die Heizungen beider Röhren liegen in Reihe an 12 V und benötigen 0,4 A. Die inzwischen üblichen Schaltnetzteile haben oft eine erhebliche Restwelligkeit. Für die Heizung ist das ohne Probleme. Aber die Anodenspannung wird hier mit einem großzügig dimensionierten RC-Glied zusätzlich gefiltert. Der Verstärker ist damit absolut störungsfrei. Auch offene Eingänge fangen keine Störungen ein, weil der Innenwiderstand relativ gering ist. Im Interesse einer guten Tiefenwiedergabe sind deshalb auch die Koppelkondensatoren am Eingang ungewöhnlich groß ausgelegt.


Der Verstärker wurde mit einem Nexus-Tablet als Audioquelle getestet. Die Quelle kann voll aufgedreht werden, wozu man bereits eine Warnung des Betriebssystems wegen möglicher Ohrschäden bestätigen muss. Die sind allerdings eher zu erwarten, wenn man einen Kopfhörer direkt anschließt. Die Röhre dagegen braucht eine relativ große Eingangsspannung und liefert bei der geringen Anodenspannung keine übergroße Leistung, sondern verändert eher den Klang. Auch der verwendete Kopfhörer spielt eine Rolle und verhält sich an diesem Verstärker anders als an einer Quelle mit niedriger Impedanz, arbeitet also mit geringerer Dämpfung. Das ist mit ein Grund für den ganz eigenen, wärmeren Klang. Mit der vollen Ausgangsspannung wird der Verstärker gerade optimal ausgesteuert. Es sind noch keine Verzerrungen wahrnehmbar, das Signal ist deutlich unter der Aussteuerungsgrenze der Röhren. Am Kopfhörer erscheint ein ausgewogener Röhrenklang, mit dem das Zuhören Freude macht. Digitale und analoge Technik im Einklang!

Siehe auch: Doppeltriode E90CC/ECC960