4-kanalige DSP-Endstufe

LD Systems DSP44K

Mit der DSP44K bricht bei LD Systems, eine innerhalb der Adam Hall Group angesiedelte Marke, ein neues Kapitel an: Die vierkanalige Endstufe mit DSP und Dante-Interface ist per Netzwerk konfigurierbar und kann über die Hersteller-Presets oder auch komplett frei konfiguriert werden.

Frontansicht DSP44K
Frontansicht des DSP44K, links die Bedieneinheit mit vierzeiligen Textdisplay und Inkrementalgeber (Bild: Anselm Goertz)

Die DSP44K repräsentiert genau das, was man heute von einer modernen Endstufe erwartet: Vier Kanäle, einen integrierten leistungsfähigen DSP, ein Dante-Interface und die volle Vernetzung und Programmierung per Netzwerk oder USB. LD Systems bietet diese Endstufe mit Setups für alle passiven Lautsprecher aus dem eigenen Programm an. Mit Hilfe der zugehörigen freien PC-Software kann die Endstufe auch komplett frei für beliebige andere Anwendungen angepasst werden. Entwickelt wurde die Endstufe in Zusammenarbeit mit dem spanischen Hersteller RAM Audio. Das Dante-Interface kommt, wie immer, von Audinate.

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Die Kernkompetenzen der DSP44K werden mit 4 × 1.200 W pro Kanal an 4 Ω oder 2 × 2.400 W an 8 Ω gebrückt angegeben. Die Endstufen sind als Class-H-Schaltung aufgebaut. Das Netzteil ist ein HF-Schaltnetzteil mit PFC (Power Factor Correction) und einem ausgeklügelten PMS (Power Management System). Die Kombination eines Schaltnetzteils mit einer Class-H-Endstufe ist eine bei aktuellen Geräten seltener werdende Variante. Viele Hersteller setzen heute auf Class-D-Schaltungen, die einen besseren Wirkungsgrad bieten, aber prinzipiell auch noch einige Nachteile in Sachen Audioqualität mit sich bringen. Die Class-H-Schaltung entspricht vom Prinzip her einer klassischen AB-Endstufe. Die Class-AB-Schaltung arbeitet jedoch mit einer festen Versorgungsspannung im Vergleich zur Class-H-Schaltung, die zur Verbesserung des Wirkungsgrades mit einer gestuften Versorgungsspannung betrieben wird. Je nach Anforderung wird dann auf eine hohe oder niedrige Stufe zurückgegriffen. Ohne diesen Schaltungskniff wäre diese Leistungsdichte mit 4,8 kW auf 2 HE auch nicht möglich.

Äußerlichkeiten der DSP44K

Werfen wir zunächst einen Blick auf das Äußere der Endstufe DSP44K. Die Frontseite wird von den Lufteinlässen und der Bedieneinheit für den DSP dominiert. Mit einem vierzeiligen Textdisplay, fünf Tastern und einem Inkrementalgeber können hier Setups abgerufen und diverse Einstellungen vorgenommen werden. Im normalen Betrieb werden die ausgewählten Eingänge, der Signalpegel, Mute oder auch mögliche Limiter-Aktivitäten angezeigt. Auf der Rückseite gibt es zwei Lüfter, die temperaturgesteuert arbeiten und die Kühlluft von vorne nach hinten durch das Gerät ziehen. Für die Signalzuspielung gibt es vier analoge Eingänge auf XLR mit Linkbuchsen.

Rückansicht DSP44K
Rückansicht des DSP44K mit analogen Eingängen und Dante-Interface mit primärem und sekundärem Anschluss (Bild: Anselm Goertz)

Die Ausgänge sind auf vier Speakon-Buchsen herausgeführt, wo die zugehörigen Kanäle jeweils auf den 1± Pins liegen. Die Ausgänge A und C sind zusätzlich auf den Pins 2± noch mit den Kanälen B und D belegt, so dass man hier für Mehrwegesysteme zwei Kanäle abgreifen oder die beiden Ausgänge im Brückenmodus betreiben kann. Die passende Konfiguration dazu lässt sich leicht über die Software und den DSP einstellen. Im Weiteren gibt es dann noch drei RJ45-Netzwerkbuchsen, von denen zwei für das Dante-Netzwerk als primärer und sekundärer Anschluss dienen und die dritte für eine Netzwerkverbindung konfiguriert ist. Das Dante-Audionetzwerk kann bei Bedarf mit zwei unabhängigen Netzen redundant aufgebaut werden, so dass beim Ausfall des primären Netzes automatisch auf das sekundäre Netz umgeschaltet wird. Alternativ können die beiden Buchsen mit Hilfe der Dante-Controller-Software auch auf einen Daisy-Chain-Modus umkonfiguriert werden, wo sich das Netzwerk dann von einem zum nächsten Gerät durchlinken lässt, was jedoch ohne Redundanz geschieht. Welche der vielen Signal-Feeds in einem Dante-Netz für die vier Kanäle der Endstufe zur Verfügung stehen, wird ebenfalls über die Dante-Controller-Software in einer Matrix eingestellt. Mit Dante vernetzten Geräten und der Controller-Software lassen sich von einfachen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bis hin zu komplexen Anlagen nahezu beliebige Systeme aufbauen. Die Controller-Software ist dabei übersichtlich und intuitiv in ihrer Funktion gestaltet, so dass man auch als Neuling beim Thema Audionetzwerke keine Berührungsängste haben muss.

Innere Werte

Nach der äußerlichen Betrachtung steht noch ein kurzer Blick ins Innenleben an. Hier steht die Schaltung „auf dem Kopf“. Man schraubt daher auch nicht den Deckel auf, sondern die Bodenplatte. Die Bauteile auf den PCBs hängen dann bei normaler Aufstellung quasi mit dem Kopf nach unten. Der Vorteil dieses Aufbaus liegt darin, dass sich möglicher Staub im Gerät, der z. B. durch die Lüftung angesaugt wurde, nicht auf den PCBs ablagert. Zusammen mit Feuchtigkeit könnten die Ablagerungen sonst zu Störungen führen. Unabhängig davon wäre es trotzdem gut, wenn die Lufteinlässe der Endstufe mit einem Staubfilter ausgerüstet wären.

Innenansicht DSP44K
Innenansicht des DSP44K von unten: mittig die vier Endstufenkanäle mit Kühlprofilen, links das HF-Schaltnetzteil und rechts die DSP-Platine. Die Abdeckung zur Führung der Kühlluft im Gerät wurde für das Foto abgenommen (Bild: Anselm Goertz)

Frequenzgang und Dämpfungsfaktor

Beginnen wir bei den Messergebnissen mit dem Frequenzgang in Abhängigkeit von der Last, dann zeigt sich hier direkt ein erster Unterschied der Class-H-Schaltung zu Class-D-Endstufen. Die Kurven aus Abb. 1 lassen auch bei höheren Frequenzen kaum Abhängigkeiten von der Last erkennen. Selbst bei 2 Ω gibt es nur minimale Unterschiede oberhalb von 10 kHz von 0,3 dB bis 0,6 dB bei 20 kHz im Vergleich zur Messung ohne Last. Das spiegelt sich entsprechend auch im Dämpfungsfaktor in Abb. 2 wider. Bezogen auf eine 4-Ω-Last, wird bei 20 kHz immer noch ein Wert von 30 erreicht. Die beiden Kurven aus Abb. 2 zeigen die Messung des Dämpfungsfaktors von Kanal B einmal über die Speakonbuchse zusammen mit der Last gemessen und einmal mit der Messleitung über die zweite Buchse gemessen, wo die Messung den Übergangswiderstand der Buchse umgeht. Der Unterschied mit Werten im Dämpfungsfaktor von 120 zu 530 fällt auf den ersten Blick recht groß aus, bedeutet aber lediglich einen Kontaktwiderstand von 26 mΩ. Nur wenige Meter Kabel haben bereits einen wesentlich höheren Widerstand. Ein 10-m-Kabel mit einem Querschnitt von 2 × 2,5 mm² kommt so auf 140 mΩ. Rechnet man 10 m Kabel und zwei Übergangswiderstände zusammen, dann sind das in der Summe ca. 200 mΩ, die bezogen auf die 4 Ohm für den Lautsprecher unabhängig von der Endstufe nur noch einen Dämpfungsfaktor von maximal 20 ermöglichen. Ob die Endstufe selber jetzt einen Wert von 100 oder 500 hat, ist dann weniger relevant.

Störabstand

Das Thema Störabstand wird für Endstufen immer dann besonders relevant, wenn Lautsprecher mit einer hohen Sensitivity angeschlossen werden sollen. Liegt der Störpegel am Ausgang, wie bei der DSP44K bei −61 dB, dann bedingt das für einen Lautsprecher mit einer Sensitivity von 100 dB 1 W/1 m einen Störpegel in 1 m Entfernung von 28 dB. Mit A-Bewertung, die hier sinnvollerweise anzuwenden ist, sind es dann 25 dBA. Ein solcher Wert ist für typische Beschallungsanwendungen unproblematisch. Treibt die Endstufe einen Kompressionstreiber mit 115 dB Sensitivity direkt an, dann beträgt der Störpegel in 1 m Entfernung 40 dBA, die in den meisten Fällen auch noch unkritisch sein dürften. Bei sensiblen Anwendungen, z. B. im Kino oder Theater, wäre die Verträglichkeit von Fall zu Fall zu prüfen. Das am Ausgang der DSP44K gemessene Störspektrum findet sich in Abb. 3. Neben dem gleichmäßig verteilten weißen Rauschen, gibt es auch noch einige Vielfache von 100 Hz, die vermutlich durch die Ladeströme der Primärkondensatoren eingestreut werden. Das Störspektrum in dieser Form ist unabhängig von den Einstellungen der Endstufe und tritt auch bei gemuteten Ausgängen des DSPs auf. Dem Störpegel von −61 dBu steht eine maximale Ausgangsspannung von knappen +40 dBu gegenüber. Der S/N oder Dynamikumfang beträgt somit 101 dB bzw. 104 dB mit A-Bewertung des Störanteils.

Störspektrum
Störspektrum am Ausgang (CH1 rot, CH2 blau) 128K FFT Gesamtpegel –61 dBu, –64 dBu(A). (Abb. 3) (Bild: Anselm Goertz)

Verzerrungsmessungen

Bei den Verzerrungsmessungen wurden alle Messreihen an 4- und an 8-Ω-Lasten durchgeführt. Der Übersicht halber enthalten die Grafiken immer nur zwei der insgesamt vier Kanäle. Selbstverständlich wurden bei den Messungen aber immer alle Kanäle unter Last betrieben. Abb. 4 zeigt die harmonischen Verzerrungen für einen 1-kHz-Sinus in Abhängigkeit vom Eingangspegel. An 4 × 4 Ω wird die Clipgrenze bei +2 dBu am Eingang erreicht. Bei einer Verstärkung von 32 dB entspricht das einer Ausgangsleistung von 375 W pro Kanal, die kurzzeitig für den Sinusburst der Messung erreicht werden. Darüber hinaus setzt ein Limiter ein, der die Verzerrungen sauber auf unter 1 % begrenzt. An den 8-Ω-Lastwiderständen wird die Clipgrenze für eine ca. 4 dB höhere Eingangsspannung erreicht. Etwas ungewöhnlich am Kurvenverlauf ist das völlige Fehlen der sonst bei Class-H-Schaltungen immer gut erkennbaren Schaltschwellen der Versorgungsspannungen. Die erreichten Verzerrungswerte von −70 dB sind hinreichend und erfüllen die Angabe von 0,05 % (–66 dB) aus dem Datenblatt. Betrachtet man dazu das Klirrspektrum aus Abb. 5, dann bestehen die Verzerrungen zu einem Großteil aus ungeradzahligen Komponenten, die zu höherer Ordnung kaum abfallen. Etwas ungewöhnlich sind zudem die Rauschglocken bei 9 und bei 18 kHz. In Abhängigkeit von der Frequenz gemessen (Abb. 6), verhält sich die Endstufe mit einer leicht ansteigenden Kurve zu hohen Frequenzen hin unauffällig.

Recht gut fallen die Messungen der transienten Intermodulationsverzerrungen aus Abb. 7 aus. Die Kurven fallen gleichmäßig bis auf −70 dB an 8 Ω und auf −66 dB an 4 Ω ab. In der 8-Ω-Messung ist erstmals auch die typische Sprungstelle einer Class-H-Schaltung zu erkennen. Abschließend lässt sich über die Verzerrungsmessungen festhalten, dass die Werte für die typischen Anwendungen völlig hinreichend sind und dem Datenblatt entsprechen, grundsätzlich aber für eine Class-H-Schaltung ein klein wenig enttäuschen.

Netzlast

Das Netzteil der DSP44K ist mit einer PFC (Power Factor Correction) Schaltung ausgestattet. Betrachten wir die Netzspannung mit ihrem weitgehend sinusförmigen Verlauf, dann ist es das Ziel der PFC, einen Strom mit möglichst ähnlichem Verlauf zu bewirken. Konkret bedeutet das, die Endstufe soll sich als Netzlast möglichst wie ein einfacher reeller Widerstand verhalten. Abweichungen zwischen dem angestrebten ideal sinusförmigen und dem tatsächlichen Stromverlauf werden als Verzerrungsblindleistung bezeichnet. Wie gut das gelingt beschreibt als Messwert der Powerfactor PF. Neben der Verzerrungsblindleistung gibt es auch noch die Verschiebungsblindleistung durch induktive oder kapazitive Lasten, was bei Endstufennetzteilen aber keine große Rolle spielt.

Kritisch bei Netzteilen ist vor allem der Ladestrom der Kondensatoren, der ausgeprägt impulsförmig ist und somit einen hohen Anteil Oberwellen und Verzerrungsblindleistung erzeugt. Die Aufgabe der PFC-Schaltung ist es nun, diesen Verlauf möglichst gut an die sinusförmige Netzspannung anzupassen. Abb. 12 zeigt dazu eine Messung von Netzspannung, Netzstrom und der daraus berechneten Leistung, wenn die Endstufe mit einer Ausgangsleistung von 1.000 Wavg betrieben wird, was einer Vollauslastung entspricht. Die blaue Kurve ist sehr gut dem Verlauf der Spannung angenähert. Der so gemessene Leistungsfaktor betrug 0,99. Die PFC beherrscht ihre Aufgabe somit bestens. Etwas weniger schön ist der HF-Anteil im Strom bei 46,5 kHz mit einer Amplitude von 4 App. Dieser HF-Anteil könnte auch ein Grund für die ungewöhnlichen Rauschglocken im Klirrspektrum der Endstufe sein. Der Powerfactor-Messwert wird davon jedoch nicht beeinflusst, da die 46,5 kHz weit außerhalb des Messbereiches für die 50-Hz-Oberwellen liegen.

Verlauf von Netzspannung und Netzstrom
Verlauf von Netzspannung (rot), Netzstrom (blau) und der daraus berechneten Leistungsaufnahme (grün) mit einem RMS-Wert von 2.360 VA. Die abgegebene Leistung betrug 1.000 W. Die PFC arbeitet korrekt. Es gibt jedoch eine starke hochfrequente Komponente bei 46,5 kHz in der Stromaufnahme, die sich auch der Netzspannung überlagert. (Abb. 12) (Bild: Anselm Goertz)

Die Leistungsaufnahme der Endstufe wurde in drei Betriebszuständen gemessen: Ohne Signal wurden aus dem Stromnetz 52 W aufgenommen. Voll ausgelastet mit einem Sinussignal bei 1.000 W abgegebener Leistung betrug die Leistungsaufnahme 2.320 W. Zieht man davon noch 52 W Grundlast ab, dann ergibt sich für den lastabhängigen Teil ein Wirkungsgrad von 44 %. Dieser Wert entspricht dem aus der Kurve in Abb. 13 für 1.000 W.

Führt man die Messung nicht mit einem Sinussignal durch, sondern mit einem Noise mit 12 dB Crestfaktor bei maximaler Aussteuerung, dann ergibt sich eine Leistungsaufnahme von 1.760 W bei einer Ausgangsleistung von 656 W in der Summe für alle vier Kanäle. Zieht man auch davon wieder die 52 W Grundlast ab und setzt die dann noch verbleibenden 1.708 W ins Verhältnis zur abgegebenen Leistung von 656 W, dann kommt man auf einen Wirkungsgrad von 38 %. Der etwas schlechtere Wert könnte damit begründet sein, dass die Endstufe durch den hohen Spitzenwert des Signals immer auf der höchsten Versorgungsspannung arbeitet und damit mehr Verluste erzeugt. Alle Messungen für die Kurven in Abb. 13 wurden mit Sinussignalen durchgeführt.

Wirkungsgrad
Wirkungsgrad des Amps in % in Abhängigkeit von der abgegebenen Leistung (x-Achse). In rot die Kurzve ohne Grundlast. Class-H spezifisch ist der Wirkungsgrad im Vergleich zu Class-D-Verstärkern schlechter. (Abb. 13) (Bild: Anselm Goertz)

Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz:

No signal 52 W
Max. Power mit Noise 12 dB CF 1.760 W
Max. Power mit Sinus 1 kHz 2.320 W

Im direkten Vergleich zu Class-D-Endstufen, die einen Wirkungsgrad von 80 % und mehr erzielen, liegt man mit dem Class-H-Konzept schlechter. Auf der anderen Seite gibt es aus Sicht der Audioqualität aber auch einige Pluspunkte, die für die Class-H-Schaltung sprechen.

Fazit

Die neue vierkanalige DSP-Endstufe DSP44K von LD Systems hat viel zu bieten: Neben reichlich Leistung aus den vier Kanälen mit je 1,34 kW an 4 Ω bei 12 dB Crestfaktor gibt es jede Menge Funktionen im integrierten DSP-System. Für den normalen Anwender steht eine große Bibliothek mit fertigen Setups für diverse LD Systems-Lautsprecherbaureihen zur Verfügung. Im Entwickler-Modus können mit den Filtern, X-Over-Funktionen und Limitern auch eigene Setups gebaut werden. Da auch gemessene Lautsprecherfrequenzgänge in die Bediensoftware geladen werden können, eignet sich die OCS-Software sogar als Entwicklungstool für aktive Lautsprecher. Die Verbindung von der PC-Software geschieht entweder via USB oder per Ethernet. Die OCS-Software erschließt sich in jedem Fall schnell und intuitiv. Falls es doch Fragen geben sollte, kann auch noch das für heutige Verhältnisse recht ausführliche Manual zur Hand genommen werden.

Als Class-H-Schaltung erreicht die DSP44K nicht den Wirkungsgrad aktueller Class-D-Modelle, kann dafür aber mit durchweg ordentlichen Verzerrungswerten punkten. Die Leistungsmessungen zeigen eine echte Dauerleistung als average Power von ca. 4 × 240 W an 4 Ω oder 8 Ω. Der 2-Ω-Betrieb ist ohne Abschaltung möglich, fördert jedoch mit 4 × 120 W average Power nicht mehr so viel Leistung zu Tage. Die PFC-Schaltung des Netzteils sorgt für geringe Blindströme im Netz. In den DSP-Funktionen gibt es noch einige kleine Ungereimtheiten, die sich aber vermutlich bald mit Firmware-Updates beheben werden. Ein weiteres Highlight der DSP44K ist das Dante-Interface mit primärem und sekundärem Netzwerkanschluss. Das alles gibt es schon für einen UVP inkl. MwSt. von 2.249 € und als DSP45K ohne Dante-Interface für nur 1.998 €.


LD Systems / DSP44K im Überblick:

Leistung
4 Ω/4 Ch
Sinus
10 s
12 dB CF 60 s Peak
1 ms
in W pro Ch 225 1342 1107
Noise dBu dBu(A)
  -61 -64
Dynamik dB dB(A)
  101 104
f[Hz] 20 1 k 20 k
Gain dB 31,2 32,3 30,4
Phase ° +50,2° 0,7 -27,2°
HP-Filter 11 Hz
TP-Filter 21,8 kHz
f[Hz] 100 1 k 10 k
CTC dB 62 54 37
CMRR dB 63 63 63
DF rel. 4Ω 118 115 55
THD(f) @
25% Power
-82 -66 -60
  Min. vor Clip
THD 1kHz -71 -71
DIM100 -67 -62
Leistungs-aufnahme
No signal 52 W
Full power 1760 W @ 4 × 4 Ω bei 12 dB CF
Gewicht in kg 7 kg
Bauhöhe HE 2
UVP incl. MwSt. 2.249 € | 1.998 € ohne Dante
Straßenpreis in €
S. Nr. 44k1028
Netzteil HF Schaltnetzteil 200-240 V mit aktiver PFC
Schaltung Class-H
DSP System Firmware V 1.0.2
Remote LD Systems OCS V3.0.4 Build 6

 

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