Preiswerte Class-D Endstufe

Omnitronic XDA-2402

Die Preise für PA-Endstufen erstrecken sich über eine weite Spanne. Zwischen einem günstigen und einem hochpreisigen Produkt vergleichbarer Leistung kann durchaus ein Faktor fünf (oder mehr) liegen. Wo liegen nun die konkreten Produktunterschiede? Dazu haben wir in unserem Messlabor eine Endstufe der unteren Preiskategorie mit 2 × 1,2 kW Leistung und Class-D-Schaltung einem ausführlichen Test unterzogen. Das Ergebnis ist durchaus überraschend.

Dieter Stork
XDA-2402 im 1-HE-Gehäuse mit Pegelstellern und LEDs für ON, Signal und Limit pro Kanal

 

Omnitronic ist eine von mehreren Eigenmarken, die sich (neben Produkten weiterer Hersteller) bei Steinigke im Vertrieb befinden. Steinigke mit zurzeit 170 Mitarbeitern agiert als Hersteller und Großhändler und vertreibt seine Produkte über verschiedenste Wege des Einzelhandels. So finden sich die Omnitronic-Endstufen u. a. bei Conrad, Völkner und sogar bei real im Angebot.

Wie entsteht ein Amp-Preis?

Wer sich jetzt voreilig abwendet, sollte bedenken, dass gute Elektronik heute nicht mehr unbedingt teuer sein muss. Was macht überhaupt den Preis eines solchen Produkts aus: Elektronische Bauteile, Gehäuse, Anschlüsse und Bedienelemente plus eine Entwicklungsumlage. Letztere fällt bei großen Stückzahlen eher gering aus. Hinzu kommen noch der Transport und Kosten für Vertrieb und Service. Zu früheren Zeiten waren Endstufen vor allem aufgrund der großen Netzteile mit riesigen Trafos und Elko-Batterien sowie großer Mengen von Leistungstransistoren und Kühlkörpern teuer. In der Folge mussten auch die Gehäuse entsprechend groß- zügig aufgebaut werden, wenn es darum ging, 30 kg oder mehr solide unterzubringen. Dank moderner HF-Schaltnetzteile und Class-D-Schaltungen gehört das heute der Vergangenheit an. Auf die Spitze getrieben sind heute 20 kW Ausgangsleistung aus Endstufen mit einer 1 HE und 10 kg Gewicht machbar. Echte Hochleistungsverstärker in dieser Kategorie mit integrierten hoch komplexen DSP-Systemen, Vernetzung und vielen anderen Features haben selbstverständlich auch heute ihren Preis, der als UVP auch schon mal fünfstellig ausfallen kann. Spezielle Halbleiter, teure Kondensatoren und HF-Trafos tragen dazu ebenso bei wie diverse periphere Baugruppen, die aus einem Verstärker eine komplette PA-Zentrale mit umfassenden Funktionen machen.

Das ist die eine Seite. Nicht selten wird aber auch heute noch „nur“ ein Verstärker benötigt. Der sollte zuverlässig seineAufgabe erfüllen, leicht und günstig sein und sich ansonsten optimalerweise unauffällig verhalten. Zu dieser Kategorie gehört auch der Omnitronic XDA-2402.

Dieter Stork
Neben der hier getesteten XDA-2402 gibt es auch noch das kleinere Modell XDA-1002 (oben) mit 2 x 500 W Ausgangsleistung aus zwei einfach aufgebauten und nicht gebrückten Endstufenkanälen

Erster Verstärker-Eindruck

Der erste Eindruck des XDA-2402 ist unspektakulär: Ein 6,4 kg schweres (oder besser gesagt: leichtes) Gerät mit einer Höheneinheit. Das Gehäuse ist gut verarbeitet und mit ordentlichen Schrauben montiert, die auch ein mehrmaliges Öffnen und Schließen nicht übel nehmen. Letzteres ist auch bei diversen Markenprodukten leider nicht immer selbstverständlich. Auf der Frontseite des XDA-2402 dominieren die Lüftungsschlitze, um kühle Luft anzusaugen. Einen Staubfilter gibt es jedoch nicht. Man sollte daher bei der Aufstellung auf eine staubarme Umgebung achten oder das Gerät von Zeit zu Zeit von möglichen Verschmutzungen reinigen. Die Bedienelemente sind schnell erklärt. Zwei Pegelsteller, ein Netzschalter und einige LEDs zur Anzeige des Betriebszustands, für Signal Present und für Aktivitäten der Limiter. Sind die Pegelsteller voll aufgedreht, dann beträgt das Gain 37,8 dB. Bei einem maximalen Ausgangspegel von +42,8 dBu wird somit bei +5 dBu am Eingang Vollaussteuerung erreicht. Eine Umschaltmöglichkeit auf übliche GainWerte von 32 oder 26 dB gibt es nicht. Zu beachten ist auch, dass beim XDA-2402 das Ausgangssignal invertiert zum Eingang ausgeben wird, was vor allem dann zum Problem werden kann, wenn der Verstärker zusammen mit anderen Verstärkern eingesetzt wird. Leider fehlt auch der entsprechende Hinweis dazu im Manual. Auf der Rückseite des Gehäuses finden sich die symmetrischen Eingänge mit verriegelbaren XLR-Buchsen und Link-Anschlüssen ebenfalls auf XLR. Die Ausgänge sind mit Speakon-Buchsen bestückt. Der Netzanschluss erfolgt über eine PowerCon-Buchse. Alle Buchsen sind solide in der Rückwand verschraubt. Die Speakon-Buchsen für die Ausgänge sind mit jeweils nur einem Kanal auf den Pins 1± belegt. Die sonst übliche überkreuzte Belegung mit dem jeweils anderen Kanal auf den Pins 2± wäre schön gewesen.

Anselm Goertz
Rück- und Innenansicht der XDA-2402 mit einem sehr klar strukturierten und sauberen Aufbau

Öffnet man den Deckel der XDA-2402, dann präsentiert sich die Endstufe mit einem sauberen und klar strukturierten Aufbau. Eine große Platine erstreckt sich über die gesamte Gehäusefläche. Kabelverbindungen gibt es im Innern keine und damit garantiert auch keine Störungen durch sich lösende Steckverbinder oder Ähnliches. Drei sich über die gesamte Tiefe des Gehäuses erstreckende Kühlprofile teilen den Aufbau in vier Bereiche. Von hinten betrachtet ganz links befinden sich das Netzfilter 5. Ordnung und die primären Kondensatoren mit den zugehörigen Gleichrichtern. Genau genommen handelt es sich hier um zwei separate Netzteile, die jeweils zwei in Brücke geschaltete Endstufen versorgen. Zwei NTC-Widerstände begrenzen den Einschaltstrom. In der Netzzuleitung befinden sich Schmelzsicherungen, die im Falle eines Falles bei einem Schaltungsdefekt die Netzteile vom Stromnetz trennen. Im nächsten Block folgen die Wechselrichter und die zugehörigen HF-Trafos. Wiederum durch ein Kühlprofil getrennt besteht die nächste Baugruppe aus den sekundären Kondensatoren und Ausgangsfiltern der vier Endstufenkanäle. Ganz rechts hinter den XLR-Buchsen befinden sich die analogen Eingangsschaltungen und die Class-D Treiber-ICs vom Typ IRS2092. Die Treiber-ICs arbeiten mit je einer Leistungsstufe zusammen. Für die angestrebte maximale Ausgangsspannung der Endstufe war es erforderlich, die Kanäle des Verstärkers als Brückenschaltung aufzubauen, da die einzelne Schaltung durch das Treiber-IC auf ±100 V limitiert ist. In dieser Konstellation wird jetzt eine maximale Ausgangsspannung von ±150 V erreicht. Eine nochmalige Brückenschaltung der beiden Kanäle der XDA- 2402 ist daher nicht möglich.

Mittig auf der Rückseite der Endstufe befindet sich eine Parade von vier Lüftern, die einen Luftstrom durch die Kühlprofile und die in den Zwischenräumen liegenden Bauteile ziehen. Die Lüfter verrichten ihre Arbeit zwar nicht geräuschlos, halten sich aber generell weitgehend bedeckt. Den Aufbau, die Anschlüsse und die Verarbeitungsqualität betreffend kann die XDA-2402 somit bereits punkten, so dass man jetzt gespannt auf die Ergebnisse aus dem Messlabor blicken kann.

Frequenzgang und Dämpfungsfaktor

Beginnen wir dem Frequenzgang und dem Dämpfungsfaktor. Beides steht im direkten Zusammenhang, da durch die Tiefpassfilter in den Ausgängen der Endstufen auch der Innenwiderstand zu hohen Frequenzen hin ansteigt und somit der Frequenzgang in seinem Verlauf abfällt. Abb. 1 zeigt die gemessenen Frequenzgänge in Abhängigkeit von der Last. Im Leerlauf steigt die Kurve prophylaktisch bereits an, so dass sich bei einer 8-Ohm-Last ein gerader Verlauf ergibt. Bei 4 Ohm fällt die Kurve dann leicht ab und bei 2 Ohm deutlich. Letzteres ist aber kein üblicher Betriebsfall, da die Endstufe nicht für den 2-Ohm-Betrieb ausgelegt ist. In Kombination mit Lautsprechern kommt unterstützend noch hinzu, dass die Impedanzkurve eines Lautsprechers zu hohen Frequenzen hin durch den induktiven Anteil ansteigt und sich so insgesamt ein gerader Verlauf bis 20 kHz oder weiter ergibt. Die beiden Kurven mit einer typischen 4- oder 8-Ohm-2-Wege-Box gemessen aus Abb. 1 weichen um maximal ±1 dB vom ideal geraden Verlauf ab.

 

Der Dämpfungsfaktor eines Verstärkers beschreibt das Verhältnis des Innenwiderstandes der Quelle, hier der Verstärker, in Relation zum Nennwiderstand der Last, hier 4 Ohm. Im Idealfall wäre der Innenwiderstand der Quelle gleich null und der Dämpfungsfaktor damit unendlich. In der Realität liegen die Werte je nach Art der Schaltung in Größenordnung von 10 bis 1.000. Wichtig ist der geringe Innenwiderstand zur elektrischen Bedämpfung der Lautsprecher und für eine exakte Funktion einer möglichen passiven Frequenzweiche im Lautsprecher. Abb. 2 zeigt den frequenzabhängigen Verlauf des Dämpfungsfaktors für den XDA-2402. Der Abfall zu den hohen Frequenzen entsteht durch das Ausgangsfilter. Insgesamt sind die Werte in einer Größenordnung von 20 bis 40 jedoch auch relativ gering. Die Messung erfolgte dabei sogar schon mit Sense-Anschlüssen direkt auf der Platine. Ein möglicher Übergangswiderstand in den Anschlüssen entfällt damit bereits als Ursache. Relais in den Ausgängen und auch die Spulen der Tiefpassfilter bleiben jedoch als Widerstände im Ausgangsweg der Endstufe. Unabhängig davon sollte der Dämpfungsfaktor nicht überbewertet werden, da schon 20 m Kabel mit 2,5 mm2 Querschnitt einen Widerstand von ca. 0,28 Ohm haben und damit auch bei einer Endstufe mit unendlichem Dämpfungsfaktor nur noch einen Wert von maximal 14,3 zulassen würden. Dabei sind Übergangswiderstände der Steckverbinder und möglicher Weichenbauteile noch gar nicht berücksichtigt. Man kann somit festhalten, dass der Wert besser sein könnte, in der Praxis aber hinreichend ist.

Störabstand

Wirklich wichtig im alltäglichen Betrieb kann jedoch der Störabstand sein. Rauscht es in einer ruhigen Umgebung aus einem Lautsprecher, dann fällt das meist recht schnell unangenehm auf. Der Störpegel am Ausgang der XDA-2402 für den Frequenzbereich bis 20 kHz liegt bei −61,5 dBu linear bewertet und bei −63,7 dBu mit A-Bewertung. Das entspricht einer Störspannung von ca. 0,5 mV. Schließt man jetzt einen Lautsprecher mit 95 dB Sensitivity bezogen auf 2,83 V an, dann bedeutet das einen Störpegel von 20 dBA in 1 m Entfernung und somit ein Wert, der in 99 % der Fälle völlig unbedeutend sein dürfte, zudem das Störspektrum aus Abb. 3 ein weitgehend gleich verteiltes Rauschen ohne monofrequente Anteile zeigt. In Relation zum maximalen Ausgangspegel der Endstufe von +42,8 dBu ergibt sich ein Störabstand von guten 106,5 dB.

Verzerrungsmessungen

Wie viele Verzerrungen darf eine Endstufe erzeugen, und wie sind diese zu bewerten? Diese immer wieder gestellte Frage ist pauschal nicht zu beantworten. Sicher ist jedoch, dass in der Signalkette immer der Lautsprecher das schwächste Glied mit dem größten Verzerrungsanteil ist. 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. Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, könnte man für die THD-Werte einer Endstufe grob definieren, dass Werte von −70 dB (= 0,03 %) oder weniger hinreichend sind. −80 dB oder weniger ist gut und wünschenswert und besonders gute Endstufen bringen es auf Werte von −100 dB und weniger. Idealerweise verlaufen die Kurven dabei konstant fallend bis auf ein Minimum, das dann bis zur Clip-Grenze oder kurz davor gehalten wird. Klassische Endstufen in Class-AB-Schaltung kommen dem nahe. Class-D-Verstärker weisen dagegen durch das Schaltungsprinzip bedingt meist ungleichmäßigerer THD-Kurven auf.

Abb. 4 zeigt die THD-Messung der XDA-2402 in Abhängigkeit vom Eingangspegel für Lasten von 4 Ohm und 8 Ohm. Die Darstellung in Abhängigkeit vom Eingangspegel hat gegenüber der Darstellung in Abhängigkeit vom Ausgangspegel den Vorteil, mögliche Limitereinsätze und deren Qualität besser beurteilen zu können. In der XDA-2402 beherrscht der Limiter sein Werk bestens. Beim Erreichen der Clip-Grenze werden die Verzerrungen auf geringe −60 dB begrenzt. Die Clip-Grenze für Sinussignale wird bei einer 4-Ohm-Last bei +1 dBu am Eingang erreicht und bei einer 8-Ohm-Last bei +2 dBu. Die THD-Kurven zeigen insgesamt einen gutmütigen Verlauf. Bis knapp unterhalb der Clip-Grenze liegen die Kurven deutlich unterhalb der −70 dB-Linie.

Nicht ganz so harmonisch stellt sich das Klirrspektrum aus Abb. 5 dar. Neben diversen Intermodulationsprodukten um die Grundwelle fallen auch die dominanten Klirrkomponenten höherer Ordnung auf. Es liegen aber alle Verzerrungsanteile bei Werten von −70 dB oder weniger.

Weitere THD-Kurven aus Abb. 6 wurden bei konstantem Pegel in Abhängigkeit von der Frequenz gemessen. Die vier Kurven zeigen wiederum die beiden Kanäle der XDA-2402 an 4-Ohm-Lasten und an 8-Ohm-Lasten. Bei 1 kHz finden sich die bekannten Werte aus Abb. 4 wieder. Zu tieferen Frequenzen hin fallen die Verzerrungswerte, zu höheren Frequenzen steigen sie mit 6 dB/Oct. an. Die zu hohen Frequenzen hin nachlassende Gegenkopplung hat den Verstärker dann weniger gut im Griff. Bei 6 kHz beträgt der Verzerrungsanteil dann −50 dB.

Als finale Verzerrungsmessung folgt noch die DIM-Messung (Dynamic Intermodulation Distortion, Abb. 7), 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. Gute Class-AB-Verstärker erreichen Werte von −80 dB und weniger bis zur Clip-Grenze. Class-D-Verstärker haben es hier schwieriger. So auch der XDA-2402, dessen DIM-Werte vor allem an einer 4-Ohm-Last schon recht früh ansteigen. Kurz vor der Clip-Grenze liegt der Verzerrungsanteil dann bei −40 dB (= 1 %).

Über die Verzerrungsmessung der XDA-2402 lässt sich zusammenfassend sagen, dass die Werte für Beschallungsaufgaben durchweg hinreichend sind. Ohne Frage gibt es Class-D-Endstufen mit besseren Werten, die dann aber meist auch deutlich teurer sind.

Netzbelastung

Die Netzbelastung ist bei Endstufen hoher Leistung ein wichtiges Thema. Drei Aspekte spielen dabei eine Rolle: Zum einen der Wirkungsgrad, um 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. 11 zeigt mit zwei Kurven den Wirkungsgrad der Endstufe. Die blaue Kurve setzt die Ausgangsleistung in Relation zur insgesamt aus dem Stromnetz aufgenommen Wirkleistung. Die Grundlast beträgt 46 W, so dass sich bei kleinen Ausgangsleistungen für den Wirkungsgrad eher geringe Werte ergeben. Für die rote Kurve wird die Ausgangsleistung nur zu der zusätzlich zur Grundlast aufgenommenen Leistung in Relation gesetzt. Aus der roten Kurve ergibt sich für die XDA-2402 ein Wirkungsgrad von 70 bis 80 %. Hinzu kommt dann noch die Grundlast von 46 W.

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: Die aus dem Stromnetz aufgenommene Leistung ist zu unterscheiden in Wirkleistung (P), Blindleistung (Q) und Scheinleistung (S). Die Scheinleistung ist dabei die geometrische Summe aus Wirk- und Blindleistung. Sobald Blindleistung im Spiel ist, dann ist die Scheinleistung größer als die Wirkleistung. Wie es die Namen schon sagen, ist nur die Wirkleistung relevant, aber die Blindleistung belastet trotzdem das Stromnetz und sollte daher gering sein. Blindleistung fließt zum Verbraucher hin und kurz darauf wieder zurück und erzeugt somit im Verbraucher keine Wirkung. Große Maschinen etc. arbeiten daher mit einer Blindleistungskompensation, um diesen Anteil möglichst zu reduzieren. Blindleistung entsteht immer dann, wenn Spannung und Strom nicht mehr in Phase sind (Verschiebungs-Blindleistung) oder in der Kurvenform voneinander abweichen. Im zuletzt genannten Fall entsteht die sogenannte Verzerrungsblindleistung. Der Leistungsfaktor (Power Factor) PF beschreibt nun das Verhältnis der Wirkleistung P zur Scheinleistung S. Ist der Leistungsfaktor gleich oder nahe eins, dann sind die Verhältnisse optimal, die Blindleistung ist vernachlässigbar gering und das Gerät verhält sich aus Sicht des Stromnetzes ideal. Ist der Stromverlauf dagegen stark verzerrt, z. B. gepulst, dann hat der Strom einen hohen Oberwellenanteil, der das Stromnetz mit Verzerrungsblindleistung belastet. Geräte, die von Natur aus eine nicht sinusförmige Stromaufnahme aus dem Netz haben, verfügen daher oftmals über eine PFCSchaltung (power factor correction), die den PF optimiert und damit das Netz entlastet. Eine PFC gibt es in der XDA-2402 nicht. Abb. 12 zeigt dazu den Spannungs- und Stromverlauf bei Volllast mit 2,5 kW Ausgangsleistung. Der impulsartige Stromfluss hat einen hohen Anteil Oberwellen und der Powerfactor erreicht einen Wert von 0,74.

Der dritte relevante Eckwert 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 46 W liegt die XDA-2402 recht günstig. Es gibt jedoch keine automatische Standby- oder Sleep-Funktion, die den Verbrauch noch weiter senken würde. Dies ist für typische Anwendungen in kleinen PA-System auch meist nicht so wichtig, da sich die Betriebsdauer in der Regel auf die eigentliche Veranstaltung beschränkt.

Fazit

Für einen UVP von 349 € zzgl. MwSt. gibt es bei Omnitronic mit der XDA-2402 Endstufe viel Verstärker für kleines Geld. Wer weder DSP, Vernetzung oder digitale Schnittstellen benötigt, erhält eine sehr solide verarbeitete, schlichte zweikanalige Endstufe mit beachtlicher Leistung und Stabilität. Die Messwerte liegen im Bereich dessen, was für die meisten Anwendungsfälle völlig hinreichend sein dürfte. Alle Schutzschaltungen und Limiter sind nicht nur vorhanden, sondern arbeiten auch zuverlässig. Für die Praxis wünschenswert wären ein Staubfilter für den Lufteinlass, ein Schalter für ein Gain von 32 dB und eine Schutzschaltung, die rechtzeitig vor der Abschaltung wegen Überhitzung die Leistung reduziert. Weitere Punkte auf der virtuellen Wunschliste sind noch die Aufhebung der Phaseninvertierung vom Eingang zum Ausgang und die Speakonbuchsen über Kreuz zu beschalten. Neben der XDA-2402 gibt es auch noch das kleinere Modell XDA-1002 mit 2 × 500 W Ausgangsleistung aus zwei einfach aufgebauten und nicht gebrückten Endstufenkanälen. Der netto UVP für die XDA-1002 beträgt 229 €.

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