Powersoft Duecanali: Zweikanalige DSP-Endstufen mit Dante-Interface

Zur ISE 2017 (Integrated Systems Europe; internationale Leitmesse fur AV und Digital Signage in Amsterdam) stellte Powersoft die neue Quattrocanali Endstufenserie vor (hier geht es zum PRODUCTION PARTNER Testbericht der Quattrocanali 1204). Genau ein Jahr später gibt es nun die Duecanali Serie mit drei Modellen – jeweils mit und ohne DSP und Dante. Unser Autor Anselm Goertz hat die Endstufen mit Smart Rails Management (jetzt auch als zweikanalige Modelle mit 800 bis 4.800 W Gesamtleistung!) unter die Lupe genommen und für PRODUCTION PARTNER einem kritischen Test unterzogen.

Die Typenbezeichnungen der drei Duecanali-Modelle 804, 1604 und 4804 geben Aufschluss über die maximale Leistung an 4 Ω von 2 × 400 W, 2 × 800 W und 2 × 2.400 W. Alle Duecanalis können in Brückenschaltung, an 2-Ohm-Lasten und im 70 V- bzw. 100 V-Modus betrieben werden. Powersoft praktiziert bei diesen und anderen Modellen seiner Endstufen die auch schon von den Autoherstellern bekannte Plattformtechnik, wo aus einigen wenigen Baugruppen verschiedene Gerätevarianten und Modelle entstehen. Die Kosten für die Herstellung und den Service lassen sich damit deutlich reduzieren, was zu guter Letzt auch dem Anwender zum Vorteil ist.

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»Die Endstufe kann über die Einstellung der maximalen Ausgangsspannung des Netzteils per Software nach Wunsch konfiguriert werden.«

Prof. Dr.-Ing. Anselm Goertz | PRODUCTION PARTNER

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Blick in die Geräte

Wie das in der Praxis aussieht, zeigt ein Blick in das Innere der Geräte: Die Duecanali 4804 ist ebenso wie die Quattrocanali 4804 voll bestückt mit vier Endstufenkanälen (links vom Kühltunnel) und zwei Baugruppen im Netzteil (rechts vom Kühltunnel). Weitere Module, die in allen Modellen identisch sind, sind das Netzfilter (rechts oben) und die DSP+Dante-Einheit (links oben). Front- und Rückseite sowie das Gehäuse sind bis auf die Anzahl der Ein- und Ausgänge und DIP-Switches bzw. Trimmer ebenfalls identisch.

Die eigentliche Unterscheidung erfolgt über die Anzahl und Konfiguration der Endstufenkanäle und über das Netzteil. Die kleinen Modelle haben nur eine Teilbestückung im Netzteil (siehe Foto 804), die beiden großen der jeweiligen Baureihe sind voll ausgestattet mit zwei Übertragern und den zugehörigen Siebkondensatoren (siehe Foto 4804). Bei den Quattrocanali gibt es immer vier Endstufen und je nach Gesamtleistung ein voll oder nur teilweise bestücktes Netzteil. Bei den Duecanalis sind in der 804 und 1604 jeweils nur zwei Endstufen bestückt. Eine Besonderheit findet sich in der 4804, wo je zwei Endstufen parallel arbeiten und somit einen höheren Ausgangsstrom möglich machen. Nach außen nicht sichtbar gibt es noch die Unterscheidung der maximalen Ausgangsspannung, die vom Netzteil den Endstufen zur Verfügung gestellt wird. Im Vergleich zu den Autoherstellern wäre das gewissermaßen der Chip im Motor, der bestimmt, ob ein und derselbe Motor jetzt 100, 150 oder 200 PS zu leisten vermag.

Typ	Leistung	Netzteil	Spannung	Endstufen
DC 804	2 × 400 W	einfach	80 V	2
DC 1604	2 × 800 W	einfach	115 V	2
DC 4804	2 × 2.400 W	doppelt	142 V	2 × 2  parallel
QC 1204	4 × 300 W	einfach	70 V	4
QC 2404	4 × 600 W	einfach	100 V	4
QC 4804	4 × 1.200 W	doppelt	139 V	4

Tabelle 1: Modelle der Duecanali (DC) und Quattrocanali (QC) Serie mit Leistungswerten und Bestückung

Alle Modelle der Duecanali-Serie sind ebenso wie die Quattrocanali sowohl für den Betrieb niederohmiger Lasten wie auch für 70 V- oder 100 V-Systeme ausgelegt. Letzteres erfolgt ohne Übertrager im Ausgang im direct drive Modus. Grundsätzlich ist das bei einer hinreichend hohen Versorgungsspannung innerhalb der Endstufe möglich, wenn die Endstufe die Ausgangsspannung von 100 V_eff  zu liefern in der Lage ist. Abhängig von der maximalen Ausgangsleistung müssen dann noch die Limiter in den Ausgängen den Strom auf den zulässigen Wert begrenzen, da sonst eine Überlastung die Folge sein könnte. Moderne Class-D-Schaltungen mit entsprechenden Schaltnetzteilen machen beides möglich, so dass man letztendlich über die Einstellung der maximalen Ausgangsspannung des Netzteils per Software die Endstufe nach Wunsch konfigurieren kann.

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Übrigens: PRODUCTION PARTNER testete auch die Powersoft Quattrocanali 1204

Hier geht es zum ausführlichen Testbericht!

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Von außen betrachtet

Äußerlich entsprechen die neuen Duecanali-Endstufen den schon bekannten Quattrocanali-Modellen in ihrem für Powersoft typischen unauffälligen Design mit einem 1 HE Gehäuse. Auf der Front sichtbar sind nur eine Reihe von LEDs, die für beide Kanäle die Pegelverhältnisse, Clip und eine mögliche Störung (Alarm) anzeigen. Eine weitere LED-Reihe liefert Informationen über die Endstufe insgesamt. Hinter einer Blende auf der linken Seite der Front finden sich noch Trimmer für die beiden Kanäle sowie Taster für den Standby Modus, den Reset der Endstufe und für den Funktionstest. Die Funktionen sind primär für die Modelle ohne Netzwerkanbindung wichtig.

Wendet man sich der Rückseite zu, dann gibt es hier mehrere Reihen Phoenix-Klemmen und eine Menge kleiner Schalter zur Konfiguration der Endstufe. Alle Ein- und Ausgänge sind über Phoenix-Klemmen ausgeführt. Für die Lautsprecherausgänge wurden entsprechend kräftige PC5/4-Typen gewählt und für alle anderen Anschlüsse das übliche MC1,5/6-Format. Neben den symmetrischen Eingängen gibt es noch eine weitere Reihe mit Anschlüssen, an denen pro Kanal ein 10 kΩ Potentiometer zur Pegeleinstellung angeschlossen werden kann. Über die Kontakte und das Poti wird lediglich eine Gleichspannung als Stellgröße übertragen. Das eigentliche Audiosignal ist hier nicht betroffen.

Zur Überwachung der Endstufe gibt es pro Kanal einen GPO-Alarm-Anschluss, der beide Varianten für Alarmkontakte (Standard offen und Standard geschlossen) unterstützt. Es werden der Ausfall der Stromversorgung, Übertemperatur, Gleichspannung am Ausgang oder ein Kurzschluss als Fehler gemeldet. Für die DSP-Modelle können über die Armonia-Software noch weitere Alarmzustände, wie der Ausfall des Pilottons oder auch die Über- oder Unterschreitung eines Toleranzbereichs für die Lastimpedanz aktiviert werden.

Über eine Achterreihe DIP-Switches sind für jeden Ausgang separat die Einstellungen Low-Z/High-Z und 70 V oder 100 V für den High-Z Modus wählbar. Im Weiteren kann noch ein Hochpassfilter aktiviert und auf 35 oder 70 Hz Eckfrequenz eingestellt werden (Abb. 1). Die Hochpassfilter sind bevorzugt im High-Z Modus einzusetzen, womit eine Überlastung der Überträger in den Lautsprechern durch tieffrequente Signalanteile verhindert werden kann. Die Einstellungen sind unabhängig von der Armonia-Software und vom optionalen DSP-System in der Endstufe. Eine weitere Achterreihe mit DIP-Switches dient zur globalen Einstellung der Verstärkung auf 26, 29, 32 oder 35 dB sowie für die Funktionen Energy Save und Breaker Save. Energy Save schaltet bei ausbleibendem Eingangssignal nach fünf Minuten zunächst die Ausgangsstufen der einzelnen Kanäle ab und nach 30 Minuten die gesamte Endstufe in den Standby-Modus. Breaker Save halbiert den maximal aufgenommenen Strom aus dem Netz und kann in Notfällen eingesetzt werden, wenn zu viele Endstufen die Stromzuleitung überlasten könnten. Die mögliche Ausgangsleistung reduziert sich dann auch entsprechend.

Über den Schalter mit der Beschriftung 2 Ω kann für den Einsatz an niederohmigen Lasten die maximale Ausgangsspannung des Verstärkers begrenzt werden. Den 2-Ohm-Schaltergibt es nur bei der 804 und 1604 da die 4804 mit ihren parallel arbeitenden Endstufen auch bei voller Netzteilspannung hinreichend Strom liefern kann.

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Smart Rails Management

Hinter dem Begriff Smart Rails Management (SRM) verbirgt sich eine Art vorausschauend arbeitende Anpassung der Netzteilspannung an den jeweiligen Bedarf der Endstufe. Was steckt nun dahinter? Die Verlustleistung einer Endstufe definiert sich über den Ausgangsstrom und die Spannungsdifferenz über den Ausgangstransistoren. Die verschiedenen Schaltungskonzepte Class-A, -AB, -D, -G und -H verfügen zwar absolut betrachtet und auch abhängig von der Last über sehr unterschiedliche Wirkungsgrade, die von wenigen Prozent bis über 90 % reichen können, der grundsätzliche Zusammenhang für die Entstehung der Leistungsverluste ist dabei jedoch immer identisch. Wenn sich die Spannungsdifferenz reduzieren ließe, dann könnte man entsprechend auch die Verluste verringern. Das Smart Rails Management von Powersoft arbeitet nun so, dass die Netzteilspannung für die Endstufen nicht immer konstant hoch ist, sondern ganz nach Bedarf angepasst wird. Liegt kein oder nur wenig Signal an, dann liefert das Netzteil eine geringe Spannung. Kommt entsprechender Bedarf auf, der durch ein kurzes Delay in der Signalkette frühzeitig erkannt wird, dann wird die Netzteilspannung sehr schnell hochgefahren. Der Regelbereich erstreckt sich von ca. 60 V bis 145 V. Besteht der Bedarf nicht mehr, dann bleibt die Spannung eine relativ lange Zeit (hold time) von ca. 10 Minuten noch auf dem hohen Niveau, um dann mit einer Release Zeitkonstanten von 8 V/s wieder zurückgefahren zu werden. Die Verlustleistung betreffend gibt es daher vor allem dann Vorteile, wenn keine oder nur wenig Ausgangsspannung benötigt wird.

Als weiterer Vorteil reduziert sich auch der Störpegel am Ausgang, wenn kein Signal anliegt. Konkret bedeutet das für eine Duecanali 4804 eine Ruheleistungsaufnahme von 85 W bei voller Netzteilspannung und von nur 28 W, wenn das Netzteil die Spannung absenkt. Für den Störpegel am Ausgang der Endstufe geht damit eine Absenkung des Störpegels um 7 dB einher. Die Störspektren und Summenpegel für Abb. 4 wurden für den günstigen Zustand der niedrigen Netzteilspannung gemessen.

 

»Smart Rails Management (SRM) ist eine Art vorausschauend arbeitende Anpassung der Netzteilspannung an den jeweiligen Bedarf der Endstufe.«

Prof. Dr.-Ing. Anselm Goertz | IFAA, Institut fur Akustik und Audiotechnik

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Frequenzgang und Dämpfungsfaktor

Bedingt durch das Schaltungskonzept einer Class-D-Endstufe mit passiven Tiefpassfiltern in den Ausgängen kommt es abhängig von der Last zu mehr oder weniger starken Schwankungen im Frequenzgang am oberen Ende des Übertragungsbereichs. Abb. 2 zeigt dazu die Messungen an der 4804 für rein ohmsche Lasten von 2, 4 und 8 Ω sowie mit Lautsprecher Dummies (LSD) für 4 und 8 Ω Nennimpedanz. Sieht man vom Extremfall 2 Ω einmal ab, dann liegen die dadurch verursachten Schwankungen bis 10 kHz in einem Bereich von maximal ±0,2 dB. An einer 4-Ohm-Last ist der Pegel bei 20 kHz um ein knappes dB abgefallen. Ein solcher Wert ist völlig unproblematisch. Sieht man sich zum Vergleich die mit den Lautsprecher-Dummies gemessenen Verläufe an, dann kompensiert sich der Höhenabfall ohnehin vollständig durch die bei Lautsprechern typisch zu hohen Frequenzen hin stark ansteigende Impedanz.

Anders dargestellt, könnte man den Pegelverlust bei hohen Frequenzen auch über den frequenzabhängigen Innenwiderstand der Endstufe definieren. Bezieht man den Wert des Innenwiderstandes der Quelle dann noch auf die Lastimpedanz, dann wird daraus der bekannte Dämpfungsfaktor.

Wie sich der auf 4 Ω bezogene Dämpfungsfaktor für die 4804 in Abhängigkeit von der Frequenz verhält zeigt Abb. 3. Die Abweichungen zwischen den beiden Kanälen sind unproblematisch und können bereits durch geringfügig unterschiedliche Übergangswiderstände an den Kontakten entstehen. Ein zusätzlicher Übergangswiderstand von nur 1,6 mΩ macht sich bei dem geringen Innenwiderstand der Endstufe schon mit einem Unterschied im gemessenen Dämpfungsfaktor von 800 zu 600 bemerkbar. Wichtig ist ein hoher Dämpfungsfaktor vor allem bei tiefen Frequenzen, wo der Lautsprecher eine gute Kontrolle durch den Verstärker benötigt, um nicht zu lange auszuschwingen. Werte von 100 für die Endstufe sind in der Praxis schon mehr als hinreichend, da meist durch Kabel- und Kontaktwiderstände ohnehin noch größere Widerstände auf dem Signalweg entstehen. Möchte man den hohen Dämpfungsfaktor einer Endstufe bis zum Lautsprecher „transportieren“, dann gibt es die Möglichkeiten einer mitgeführten Sense-Leitung oder einer Art vorauseilenden Kabelkompensation, wie sie in den Duecanali- und Quattrocanali-Modellen und auch bei anderen Powersoft-Endstufen eingebaut ist. Um Instabilitäten zu vermeiden, kann das Verfahren aber nur für Subwoofer bis maximal 400 Hz eingesetzt werden.

Störabstand

Kommen wir zum nächsten wichtigen Messwert einer Endstufe: dem Dynamikumfang. Für die Berechnung ist zunächst die maximale Ausgangsspannung zu bestimmen. Diese liegt für eine 4804 bei 145 V_pk und somit bei ca. 42,4 dBu. Dem gegenüber steht der an den Ausgängen zu messende Störpegel, der einmal bei Nutzung der analogen Eingänge und einmal mit Dante gemessen wurde. Die analogen Eingänge wurden dazu mit einem 200-Ω-Widerstand abgeschlossen. Der so gemessene Störpegel lag bei –63 dBu unbewertet und bei –66 dBu A-bewertet. Nach der Umschaltung auf die digitale Signalzuspielung verbesserten sich die Werte noch um weitere 2 dB. Legt man den A-bewerteten Störpegel zu Grunde, dann erreicht die 4804 einen Störabstand von etwas mehr als 108 dB analog bzw. 110 dB bei einer Signalzuspielung über das Dante-Netzwerk. Die zugehörigen Störspektren aus Abb. 4 zeigen einige wenige kleine monofrequente Komponenten und insgesamt einen leichten Anstieg des Spektrums zu den tiefen Frequenzen hin. Die Ursache dafür liegt laut Powersoft bei den verwendeten Codecs im DSP-System. Der Pegel der tieffrequenten Störanteile ist jedoch so gering, dass er nur im Labor erfassbar ist und in der Praxis keine Bedeutung hat.

Führt man diese Messungen für die Duecanali 804 aus, dann liegt die maximale Ausgangsspannung bei 84 V_pk entsprechend 37,7 dBu. Der Störpegel am Ausgang der 804 bei Nutzung der analogen Eingänge fällt mit –67 dBu unbewertet und –70 dBu mit A-Bewertung im direkten Vergleich zur 4804 ebenfalls etwas geringer aus. Geht man von –70 dBu Störpegel aus, dann kommt die 804 auf einen Dynamikumfang von knappen 108 dB. Die gerne kritisierte A-Bewertung des Störpegels um „die Werte zu schönen“ ist an dieser Stelle gerechtfertigt, auch wenn es sich um eine elektrische Messung handelt, da die daraus zusammen mit einem Lautsprecher resultierenden Schallpegelwerte genau in dem Pegelbereich liegen, wo die A-Bewertung passend ist.

Ein Störpegel am Ausgang der Endstufe von –70 dBu bedeutet eine Spannung von 0,245 mV. Schließt man dort einen Lautsprecher mit einer Sensitivity von 100 dB bei 2,83 V/1 m an, dann resultiert daraus ein Störpegel von 18,7 dB in 1 m Entfernung. Der Wert rechtfertigt zum einen die A-Bewertung und zeigt auch generell, dass ein Störpegel am Ausgang der Endstufe von –70 dBu für nahezu alle Anwendungsfälle unkritisch sein sollte. Problematisch sind in der Praxis eher die Dynamikverluste durch Fehlanpassungen in der Signalkette vor der Endstufe, wenn z. B. das Pult vor der Endstufe +26 dBu am Ausgang liefern kann, die Endstufe aber schon mit +4 dBu voll ausgesteuert ist.

Um dem vorzubeugen, kann das Gain der Powersoft Amps zwischen 26 und 35 dBu in 3 dB Schritten eingestellt werden. Noch besser ist natürlich die direkte digitale Verbindung via Dante, wo es dann keine Probleme mehr mit der Pegelanpassung zwischen Sender und Empfänger gibt. Alle Endstufen aus der Due- und Quattrocanali-Serie in der DSP+D Version sind mit einem Dante-Interface ausgestattet. Dahinter steckt ein Audinate Ultimo X4 Chip, der über eine einfache Netzwerkverbindung jeweils vier Audiosignale mit maximal 48 kHz empfangen und senden kann. Die Möglichkeit der redundanten Vernetzung oder des Daisy-Chain mit anderen Geräten besteht mit dem preiswerten Ultimo Interface nicht. Für eine einfache Endstufe als Endgerät in der Signalkette ist das jedoch unkritisch.

Verzerrungsmessungen

Welche Verzerrungsmessungen sind für Endstufen aussagekräftig und welche Werte sollten dann erreicht werden? Und, sind diese überhaupt relevant, wo doch die nachfolgenden Lautsprecher meist ein Vielfaches der Verzerrungen produzieren?

Beide Fragen beschäftigen die audiophilen Kreise schon seit langem. Schaut man etwas genauer hin, dann erkennt man, dass Lautsprecher primär harmonische Verzerrungen 2. und 3. Ordnung erzeugen. Verzerrungen durch Endstufen enthalten jedoch häufig auch Verzerrungsanteile höherer Ordnung, die im Höreindruck weniger gut verdeckt werden und daher unangenehmer auffallen können. Klassische Class-AB-Endstufen kommen dem Ideal von zu höherer Ordnung hin schnell fallenden Verzerrungsanteilen bereits recht nahe. Class-D-Schaltungen sind von ihrem Verhalten her jedoch eher ungünstig und erzeugen oft auch viele Verzerrungsanteile höherer Ordnung. Es gilt also mehrere Aspekte zu beachten: den absoluten Wert der Verzerrungen, deren spektrale Zusammensetzung und der Verlauf in Abhängigkeit von der Frequenz.

Abb. 5a zeigt dazu zunächst die THD Kurven in Abhängigkeit vom Eingangspegel gemessen für beide Kanäle an 2, 4 und 8 Ω. Die sonst übliche Clipgrenze ist in den Kurven nicht zu erkennen, da vorher schon ein Limiter eingreift und die Verzerrungen zuverlässig auf Werte unter –60 dB begrenzt. Lediglich die kleine Spitze der 8-Ohm-Kurve bei +10 dBu Eingangspegel deutet kurz darauf hin.

Abhängig von der Last verlaufen die Kurven im Lastbereich deutlich unterschiedlich: Jede Halbierung der Impedanz lässt die Verzerrungen um ca. 10 dB ansteigen. Unabhängig davon fällt ein Unterschied der Kurven für die beiden Kanäle in einer Größenordnung von ca. 10 dB auf. Eine Vergleichsmessung an der 804 (Abb. 5b) zeigt, dass sich hier beide Kanäle gleich verhalten und die Werte auch grundsätzlich noch um einige dB besser sind. Die Ursache dürfte daher im Parallelbetrieb von je zwei Endstufen in der 4804 zu finden sein, da es hier immer zu kleinen Differenzen kommt, die Ausgleichsströme und somit Verzerrungen nach sich ziehen können.

Die Darstellung der Verzerrungswerte in Abhängigkeit vom Eingangspegel ist weniger gut geeignet, wenn es darum geht die maximale Ausgangsspannung der Endstufe zu bestimmen. Abb. 6 zeigt daher die schon aus Abb. 5a bekannte Messung, bei der jetzt aber die THD-Werte über der jeweils gemessenen Ausgangsspannung der Endstufe aufgetragen sind. Abhängig von der Last brechen die Kurven dann bei der maximalen Ausgangsspannung ab. An 2 Ω geschieht das bei ca. 50 V, an 4 Ω knapp unter 70 V und an 8 Ω bei 97 V. Die Spannungen sind als Effektivwerte zu verstehen. Mit Ausnahme der 2-Ohm-Kurve von Kanal 2 bleiben die Verzerrungswerte unterhalb der –60 dB (0,1 %) Linie, womit sich auch der Wert aus dem Datenblatt von THD <0,1 % bestätigt.

Wie sich die harmonischen Verzerrungen zusammensetzen, erkennt man im Klirrspektrum aus Abb. 7: Die Messung an der 4804 erfolgte mit einer 2 × 4-Ohm-Last bei 500 W pro Kanal. Es gibt zwar relativ viele Oberwellen höherer Ordnung, diese bleiben aber alle deutlich unterhalb der –70 dBLinie. Man befindet sich damit in einer Größenordnung, die typisch für gute Class-D-Endstufen ist. Auch hier ist der Unterschied zwischen den beiden Kanälen mit den etwas schlechteren Werten für Kanal 2 (blau) zu erkennen.

Weitere THD-Kurven aus Abb. 8 wurden bei konstantem Pegel in Abhängigkeit von der Frequenz gemessen. Die insgesamt sechs Kurven zeigen wiederum die beiden Kanäle der 4804 an 2, 4 und an 8-Ohm-Lasten. Bei 1 kHz finden sich die bekannten Werte aus Abb. 5a wieder. Zu tieferen Frequenzen hin fallen die Verzerrungswerte, zu höheren Frequenzen steigen sie gleichmäßig an.

Als abschließende Verzerrungsmessung folgt noch die DIM (Dynamic Intermodulation Distortion) Messung (Abb. 9a), bei der ein 15 kHz-Sinus mit einem steilflankigen 3,15 kHz-Rechteck überlagert wird. Ausgewertet werden die dabei entstehenden Intermodulationsprodukte. Diese Messung fördert vor allem Schwächen bei schnellen transienten Signalen zu Tage. Die steilen Flanken der Rechteckanteile fordern die Endstufe deutlich mehr als ein eingeschwungener Sinus bei der THD-Messung. Der DIM-Messung wird daher auch eine relativ große Bedeutung im Zusammenhang mit den klanglichen Qualitäten einer Endstufe zugeschrieben.

Die 4804 liefert in dieser Disziplin ein etwas zwiespältiges Bild ab: Die Werte von Kanal 1 fallen in die Kategorie gehobene Class-D-Qualität, die bei einer 2-Ohm-Last an ihre Grenzen stößt. Kanal 2 fällt dem gegenüber jedoch um teilweise mehr als 10 dB ab. Die Gründe liegen vermutlich in der schon genannten Parallelschaltung von je zwei Endstufenkanälen, die dann schwierig zu beherrschen sind. Vergleicht man die DIM-Messung der 4804 mit denen der 804 (Abb. 9b), dann erkennt man die Unterschiede. Auch bei der 804 steigen die DIM-Werte mit kleiner werdender Lastimpedanz an, der Verlauf ist aber insgesamt gleichmäßiger und es gibt nicht die großen Unterschiede zwischen den Kanälen.

Netzlast

Die Netzbelastung ist bei Endstufen hoher Leistung ein wichtiges Thema. Drei Aspekte spielen dabei eine Rolle: Zum einen der Wirkungsgrad, wo es darum geht, möglichst viel Leistung für die Lautsprecher bereitzustellen, ohne dabei große Verlustwärme zu erzeugen. Ein hoher Wirkungsgrad reduziert den direkten Stromverbrauch aus dem Netz und spart indirekt auch noch Strom, wenn eine externe Kühlung im Einsatz ist, die dann weniger Abwärme aufnehmen muss. Abb. 14 zeigt mit zwei Kurven den Wirkungsgrad der Endstufe. Die blaue Kurve setzt die Ausgangsleistung in Relation zur insgesamt aus dem Stromnetz aufgenommenen Wirkleistung. Zusammen mit der Grundlast ergeben sich bei kleinen Ausgangsleistungen für den Wirkungsgrad eher geringe Werte. Für die rote Kurve wird daher die Ausgangsleistung nur zu der zusätzlich zur Grundlast aufgenommenen Leistung in Relation gesetzt.

Daraus ergibt sich für die 4804 ein sehr guter Wirkungsgrad von ca. 90 %. Hinzu kommt dann noch die Grundlast, die je nach Vorgeschichte zwischen 28 und 85 W liegen kann. Die Messungen aus Abb. 14 erfolgten von den hohen zu den niedrigen Leistungswerten, so dass die Endstufe bei allen Messungen durchgängig auf der maximalen Versorgungsspannung betrieben wurde. Der Anteil der Grundlast betrug somit 85 W. Details dazu finden sich im Absatz zum Smart Rails Management.

Der zweite Punkt betrifft den Netzstrom. Dieser sollte in seinem Verlauf möglichst der Spannung folgen und die Endstufe sich somit vergleichbar einem reellen Widerstand als Last für das Stromnetz verhalten. Abweichungen entstehen durch Verschiebungsblindströme (kapazitiv oder induktiv) und durch Verzerrungsblindströme (Oberwellenanteil). Wie gut sich der Stromverlauf dem Spannungsverlauf annähert, wird durch den Leistungsfaktor (PF = Powerfactor) messtechnisch ausgedrückt. Abb. 15 zeigt dazu die Messung der 4804 bei Volllast. Bis auf einen leichten Versatz und ein wenig Verzerrung der Kurvenform folgt der Stromverlauf (blau) dem Spannungsverlauf (rot) sehr gut. Der Powerfactor beträgt 0,94. Erreicht wird ein solcher Wert durch eine aktive PFC-Schaltung (Power Factor Correction).

Der dritte relevante Eckwert zum Thema Netzlast ist die schon erwähnte Grundlast oder Ruheleistung. Dieser Wert ist immer dann wichtig, wenn die Geräte dauerhaft in Betrieb sind, so wie es in vielen Festinstallationen der Fall ist. Mit 28 W liegt die 4804 hier bereits recht günstig. Mit einer automatischen Standby-Funktion kann der Wert dann noch auf 12 W reduziert werden. Der Standby-Zustand wird immer dann aktiviert, wenn für 30 min auf keinem der Eingänge ein Signal anliegt. Liegt wieder ein Signal an, dann kehrt die Endstufe innerhalb weniger ms in den normalen Betriebszustand zurück.

 

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Leistungsmessung am Beispiel der Duecanali 4804

Leistungswerte einer Endstufe sind ein viel diskutiertes Thema. Wie wird gemessen, unter welchen Bedingungen, wie sind die Werte letztendlich zu interpretieren und was bedeuten sie für die Praxis? Nehmen wir als Beispiel die 4804, dann findet sich in den Datenblättern ein Wert von 2 × 2.400 W an 4 Ω. Bei Powersoft testet man nach EIAJ mit 8 ms langen Burst alle 40 ms. Der Wert wurde mit 2.500 W an 4 Ω in unserem Labor sogar noch ein wenig übertroffen. Misst man jedoch mit einem konstant anliegenden Sinussignal, dann werden nach wenigen Sekunden nur noch kappe 1.000 W an 4 Ω pro Kanal erreicht. Beide Werte sind richtig, es liegt aber ein Faktor 2,5 dazwischen. Die erste Quintessenz daraus ist, dass Leistungsangaben nur dann sinnvoll verglichen werden können, wenn unter identischen Bedingungen gemessen wurde. Für die Praxis sind drei weitere Aspekte wichtig:

• Welche kurzzeitige Impulsleistung kann eine Endstufe liefern? Dieser Wert ist für die meisten Anwendungsfälle der mit der größten Aussagekraft.
• Welche Leistung kann eine Endstufe mit einem Sinussignal liefern? Dieser Wert sagt aus, wie stabil das Netzteil einer Endstufe ist und wie gut z.B. lang anhaltende Basssignale ohne Kompression wiedergegeben werden können. Einige Normen verlangen auch einen 60 s Dauertest mit einem Sinussignal.
• Wie verhält sich die Endstufe bei dauerhaft hoher Belastung thermisch? Wird ein thermisch stabiler Zustand erreicht oder muss die Leistung nach einiger Zeit reduziert werden? Oder schaltet die Endstufe sogar komplett ab?

Unsere Labormessungen decken alle Varianten der Belastung einer Endstufe ab. Um vergleichbar mit den Herstellerdaten zu sein, führen wir eine Reihe verschiedener Messungen nach unterschiedlichen Normen für alle möglichen Lastfälle von 2 Ω (falls zulässig) bis 8 Ω durch. Im Detail werden folgende Werte bestimmt:

• die Impulsleistung für eine 1 ms dauernde einzelne Periode eines 1 kHz Sinussignals
• die Sinusleistung bei einem konstant anliegenden 1 kHz Sinussignal nach einer Sekunde, nach zehn Sekunden und nach einer Minute
• die Leistung bei einem konstant anliegenden Rauschen mit 12 dB Crestfaktor nach zehn Sekunden, nach einer Minute und nach sechs Minuten
• die Leistung bei einem konstant anliegenden Rauschen mit 6 dB Crestfaktor nach zehn Sekunden, nach einer Minute und nach sechs Minuten
• die Leistung nach EIAJ gemessen mit einem gepulsten 1 kHz Sinussignal von 8 ms Dauer alle 40 ms. Das Signal hat einen Crestfaktor von 10 dB.
• die Leistung nach CEA 2006 mit einem 1 kHz Sinussignal, dessen Pegel alle 500 ms für 20 ms einen Pegelsprung von +20 dB erfährt. Das Signal hat einen Crestfaktor von 16 dB.
• die Leistung für einen sich periodisch wiederholenden 1 kHz Burst einer Länge von 33 ms gefolgt von einer 66 ms Ruhephase. Der Crestfaktor dieses Signals beträgt 7,8 dB.
• die Leistung für einen sich periodisch wiederholenden 40 Hz Burst einer Länge von 825 ms gefolgt von einer 1650 ms Ruhephase. Der Crestfaktor dieses Signals beträgt ebenfalls 7,8 dB.

Für die sinusförmigen Messsignale fällt die Auswertung relativ leicht: Man erfasst den Effektivwert und berechnet daraus die Leistung. Die Sinuswelle sollte dabei noch nicht sichtbar verzerrt sein. Für die Sinus Burst Signale nach EIAJ oder CEA lassen sich zwei Werte bestimmen. Zum einen der kurzzeitige Effektivwert während der Dauer des Bursts und der Effektivwert über alles inklusive der Signalpausen. Das Verhältnis der beiden Werte beträgt für das EIAJ Signal 7 dB und für das CEA Signal 13 dB. Der Crestfaktor, der das Verhältnis des Spitzenwertes im Burst zum Effektivwert über alles beschreibt, ist jeweils 3 dB größer und beträgt somit 10 dB bzw. 16 dB. Für die Burst Messmethoden wird in der Übersicht jeweils der Leistungswert, berechnet aus dem kurzzeitigen Effektivwert des Bursts, und der über alles Effektivwert angegeben.

Eine weitere Burst Messmethode arbeitet mit 33 ms langen 1 kHz Bursts gefolgt von 66 ms langen Ruhephasen. Hier beträgt der Crestfaktor 7,8 dB. Angelehnt an diese Messung wurde speziell im Hinblick auf die Fähigkeiten einer Endstufe bei der Basswiedergabe, wo Töne häufig länger anstehen, der Burst in der Frequenz um den Faktor 25 auf 40 Hz reduziert und die Zeitspannen entsprechend um den Faktor 25 verlängert. Welche Burst Messung nun besser oder aussagekräftiger ist, lässt sich so pauschal nicht sagen. Wichtig ist es jedoch, bei einem Vergleich nur die Messungen nebeneinander zu stellen, die auf der gleichen Messmethode basieren.

Etwas anders gestaltet sich die Messung mit den Noise Signalen mit 12 oder 6 dB Crestfaktor. Der Verstärker wird mit diesen Signalen bis an seine Clip-Grenze ausgesteuert und dann dauerhaft belastet. Gemessen werden nach zehn Sekunden, nach einer Minute und nach sechs Minuten jeweils der Wert Spitze-Spitze (V_pp) und der Effektivwert (V_rms) des Signals. Daraus werden vergleichbar zur Burst Messung je ein Leistungswert aus dem Effektivwert der Spannung und einer aus dem Wert Spitze-Spitze durch 2,82 berechnet. Die Werte sind so mit den Werten der Burst Messungen vergleichbar.

Schaut man sich die drei Diagramme aus Abb. 11 bis 13 zunächst bewusst oberflächlich an, dann fällt zunächst die Skalierung auf. Diese reicht für die 8 Ω Messungen bis 1.500 W, für 4 Ω bis 3.000 W und für 2 Ω bis 6.000 W. Wäre die Endstufe eine ideale Quelle, dann hätten alle Diagramme die gleiche Struktur. Jede Halbierung der Leistung würde einfach nur die Leistung verdoppeln. Das ist in der Realität natürlich nicht so, da sich mit jeder Halbierung der Lastimpedanz auch der Strom verdoppelt, was das Netzteil bestenfalls kurzfristig liefern kann, wenn nicht vorher schon eine Strombegrenzung eingreift. Je niedriger die Lastimpedanz, umso mehr wird die gemessene Leistung von der Art des Messsignals und hier vor allem von seinem Crestfaktor (Verhältnis vom Spitzenwert zum Effektivwert) abhängig.

Die Extremwerte für die 4804 sind kurzzeitig ca. 5.000 W an 2 Ω oder 1.360 W an 8 Ω. Das entspricht einem maximalen Strom von 70 A_pk und einer maximalen Spannung von 147 V_pk. Beide Werte passen gut zu den Angaben aus dem Datenblatt. Als echte Dauerleistung nach 60 s stehen noch 630 W an 2 Ω, 992 W an 4 Ω und 861 W an 8 Ω bereit. Die Messungen mit dem sich alle 40 ms wiederholenden 8 ms EIAJ Burstsignal bestätigen oder übertreffen mit 3.032 W an 2 Ω, 2.509 W an 4 Ω und 1.272 W an 8 Ω ebenfalls die Werte aus dem Datenblatt.

Nimmt man als wichtigste Werte die Impulsleistung, den Wert für ein Signal mit 12 dB Crestfaktor und die Sinusleistung jeweils für eine Belastung mit 2 × 4 Ω, dann ergibt der direkte Vergleich der Duecanali Modelle 4804 und 804 folgende Leistungswerte:

Leistung gemessen an 2 × 4Ω in W pro Kanal	Sinus 60 s	12 dB CF 360 s	Peak 1 ms	Wert im Datenblatt
Duecanali 4804	992	2.598	2.526	2.400
Duecanali   804	166	630	882	400

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Powersoft Duecanali – auch mit DSP+Dante

Bei den Duecanali Endstufen hat der Anwender ebenso wie bei den Quattrocanali die Wahl zwischen den Modellen mit und ohne DSP-System. In der Version mit DSP ist auch ein Dante-Interface fester Bestandteil der Ausstattung. Zum Einsatz kommt das Ultimo Modul von Audinate, das mit maximal vier Kanälen zur Ein- und Ausspielung der Signale aus dem Netzwerk passend für die Endstufen ist. Zudem ist auch der Preis für das Ultimo-Modul vergleichsweise günstig. Als einziger Nachteil ist dabei in Kauf zu nehmen, dass der Ultimo Chip keine redundante Vernetzung und auch keine Daisy Chain-Verkabelung ermöglicht.

Das DSP-System in den Duecanali-Endstufen ist aus anderen Baureihen von Powersoft bereits bekannt. Gleiches gilt auch für die Bedienoberfläche in der Armonia-Software, die jetzt in der aktuellen Version 2.10.2 vorliegt. Auf eine detaillierte Beschreibung des Funktionsumfangs mit unzähligen Filtermöglichkeiten, Routing-Optionen, Limitern und vielen Überwachungsfunktionen soll daher an dieser Stelle verzichtet werden. Um die DSP-Funktionen der diversen Baureihen und die Software kennen zu lernen, empfiehlt sich der kostenlose Download von der Armonia Homepage.

Preise der Duecanali Modelle

Duecanali Modelle mit DSP und Dante

4804 DSP+D | 2.250 €
1604 DSP+D | 1.500 €
804 DSP+D | 1.250 €

Duecanali Modelle ohne DSP und Dante

4804 | 2.000 €
1604 | 1.250 €
804 | 1.050 €

(Listenpreise netto zzgl. MwSt.)

 

Fazit zur Powersoft Duecanali-Serie

Mit den Duecanali-Endstufen führt der italienische Hersteller Powersoft eine weitere Baureihe kleiner bis mittelgroßer Endstufen ein, die sich für die Festinstallation und auch den mobilen Einsatz gleichermaßen eignen. Basis der Duecanali sind die Endstufenmodule und Netzteile, wie sie auch schon aus der Quattrocanali-Serie bekannt sind. Optional können alle Modelle auch mit DSP und Dante-Interface geliefert werden. Der Aufpreis für die DSP+Dante-Modelle beträgt zwischen 200 und 250 €, die alleine schon das Dante-Interface wert wäre. Betrachtet man dann noch den riesigen Funktionsumfang des DSP-Systems zusammen mit der Armonia-Software, dann ist das schon eine sehr großzügige Zugabe für kleines Geld.

Gleiches gilt für die Leistungswerte: Auch hier ist das Preis-Leistungs-Verhältnis ausgezeichnet. Die Duecanali liefern stabil eine hohe Dauerleistung mit zusätzlich großzügigem Headroom für Signalspitzen. Die Leistungswerte aus dem Datenblatt werden für Signale mit 12 dB Crestfaktor dauerhaft erreicht oder übertroffen. Bestechend gut fällt auch der Wirkungsgrad der Duecanalis aus, der ohne Grundlast im Bereich von 90 % liegt. Mit dem Smart Rails Management und der Auto-Standby-Funktion wird zudem die Leistungsaufnahme deutlich reduziert, wenn kein Signal anliegt – was vor allem für Endstufen im Dauerbetrieb wichtig ist. Unter Last verhält sich die Endstufe dank der aktiven PFC mit einem Leistungsfaktor von 0,94 für das Stromnetz gutmütig.

Die Messwerte der Duecanali liegen im Bereich dessen, was man heute von einer guten Class-D-Endstufe erwartet. Die Verzerrungswerte und der Störabstand sind gut und die Leistungswerte werden stabil eingehalten. Kleine Abstriche bei den Verzerrungswerten gibt es bei der 4804, wo je zwei Endstufenkanäle parallel betrieben werden, was nicht immer ganz unproblematisch ist.

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Übersicht Powersoft Duecanali 4804 DSP+Dante: