Controller-Verstärker

Test: LEA Professional 704D

Auf moderne Endstufen mit DSP und Vernetzung spezialisiert ist der Anfang 2019 in den USA neu gegründete Hersteller LEA Professional. 2020 führt er schon zehn Modelle aller Leistungsklassen mit und ohne Dante-Interfaces im Portfolio. Wir testen daraus stellvertretend das Model 704D mit 4 × 700 W Leistung.

(Bild: Anselm Goertz)

Inhalt:

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Vernetzung und Fernwartung
Funktionsumfang der Signalbearbeitung
Tipp: Lautsprecher noch da?
Filter und Limiter
Messwerte
Leistungsprofil
Netzbelastung
Brückenschaltung: Smart Power Bridge
Fazit


Auf über 200 Jahre ProAudio-Erfahrung blicken die Audioentwickler und Vertriebler zurück, die sich 2019 zur Gründung von LEA Professional in den USA zusammentaten. Um den Anspruch des neuen Unternehmens zu unterstreichen, wählte man als Markenzeichen die Haifischflosse, die Mitbewerbern symbolisch das Fürchten lehren soll. Dass man mit viel Energie ans Werk geht, zeigt die 2020 bereits zehn Verstärkermodelle umfassende Produktpalette. Die Leistungswerte reichen dabei von 8 × 80 W bis 4 × 3 kW.

Gemein ist allen Modellen, dass es je eine Network-Connect- und eine Dante-Connect-Version gibt. Die Netzwerkanbindung haben alle Modelle. Bei den Dante-Connect-Geräten gibt es dann zusätzlich noch das Dante-Interface mit primärer und sekundärer Schnittstelle sowie AES67-Unterstützung. Alle Verstärker sind zudem für den Low-Z-Betrieb und im Direct-Drive-Modus auch für 70-V- oder 100-V-Systeme ausgelegt. Bis auf die beiden größten Modelle 1504 und 3004 kommen alle LEA Amps mit einem platzsparenden 1-HE-Gehäuse aus.

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Vernetzung und Fernwartung

Einen Schwerpunkt legt LEA auf die flexiblen Möglichkeiten der Endstufen-Vernetzung. Dazu gibt es die obligatorische Ethernet-Netzwerkbuchse, alternativ einen WiFi-Zugang oder einen eigenen WiFi-Access-Point. Hier dachte man z. B. an den Fall, dass der Verstärker spontan irgendwo eingesetzt werden muss, wo es gerade kein Netzwerk gibt oder der Zugang nicht möglich ist. Dann kann man sich auch schnell per Smartphone oder WiFi-Access-Point des Amps verbinden und über einen Browser das Web-Interface mit den Einstellungen ansprechen. Der Regelfall wird sein, dass alle Verstärker per Ethernet verbunden sind und so konfiguriert und kontrolliert werden.

Als erster Hersteller professioneller Verstärker bietet LEA nach eigenen Aussagen auch einen Cloud-Service an. Durch einen integrierten Amazon Web Service (AWS) IoT Core können die angemeldeten Geräte, ohne eine VPN-Verbindung aufbauen zu müssen, von beliebiger Stelle aus überwacht und eingestellt werden. Nutzer der LEA-Endstufen können sich kostenlos für diesen Service registrieren. Praktisch, wenn man kleinere Anlagen in Clubs, Gastronomie, Shops oder auch Kirchen usw. einbaut und deren Wartung übernimmt.

Web-Browser Interface der LEA-Amps (Abb. 1) (Bild: Anselm Goertz)

Eine Möglichkeit, die Endstufen vor Ort mit dem Internet zu verbinden, besteht heute fast überall. Kommt nun eine Störungsmeldung vom Kunden, kann man direkt über die Cloud-Verbindung nachschauen, wo das Problem liegt und entscheiden, wie für Abhilfe gesorgt werden kann. Mit etwas Glück lässt sich der Fehler dann aus der Ferne via Cloud beheben oder der Kunde zur Selbsthilfe anleiten.

Der entscheidende Unterschied dabei ist, dass für den Cloud-Service nur ein einfacher Zugang zu einem Netzwerk benötigt wird, ohne einen eigenen Server, Portfreigaben, VPN und andere eher kompliziert einzurichtende Funktionen.

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Funktionsumfang der Signalbearbeitung

Moderne Endstufen für Touring und Installation verfügen heute meist über integrierte DSP-Systeme. Die volle Leistung steht dabei meist sowohl im Low-Z-Modus wie auch für 70- oder 100-Volt-Systeme zur Verfügung. Letzteres kann bei den LEA-Amps für jeden Kanal konfiguriert werden. Falls so z. B. auf einem Festivalgelände noch einige weit entfernte Lautsprecher für Sprachansagen oder zur Alarmierung betrieben werden müssen, können einfach einige Amp-Kanäle in den 100-V-Modus geschaltet werden. Aufgrund der hohen Ausgangsspannung der Verstärker erfolgt der 100-V-Modus als Direct Drive ohne Übertrager im Ausgang.


Tipp: Lautsprecher noch da?

Mit der Impedanzüberwachung an den Ausgängen lassen sich die Funktion oder zumindest das Vorhandensein der Lautsprecher einfach überwachen: Sobald ein Signal anliegt, wird aus Ausgangsspannung und Strom der Betrag der angeschlossenen Lastimpedanz berechnet und mit einem einstellbaren Wertebereich verglichen. Wird dieser nach oben oder unten verlassen, löst eine Fehlermeldung aus. Da der Messwert als Einzahlparameter abhängig vom Frequenzspektrum des Nutzsignals schwanken kann, sollte man die Eckwerte – und hier vor allem den oberen – für die Fehlermeldung nicht zu eng setzen, um Fehlalarme zu vermeiden. Für einen Lautsprecher mit 8 Ω Nennimpedanz würden sich z. B. Eckwerte von 4 Ω und 16 Ω anbieten.

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LEA zeigt in einem Blockschaltbild den Funktionsumfang des Verstärkers und des integrierten DSP-Systems. Neben den vier analogen Eingängen gibt es im Dante-Modell noch acht Zuspielweg aus dem Dante-Netzwerk. Über den Input-Source-Router können beliebige Eingänge und auch paarweise Summen benachbarter Wege auf die vier Kanäle geroutet werden.

Für jeden Kanal können je ein primäres und sekundäres Signal definiert werden, wobei der zweite Eingang im Override- oder Fallback-Modus betrieben werden kann. Override wäre so z. B. geeignet, um eine Alarmierungsdurchsage mit höchster Priorität einzuspielen. Der Fallback-Modus kann genutzt werden, um im Falle einer Störung der Zuspielung auf dem primären Input auf den sekundären umzuschalten.

Benutzt man für die primäre Zuspielung das Dante-Netzwerk, das bereits eine Fallback-Ebene integriert hat, dann könnte man mit einer zusätzlichen analogen Zuspielung auf dem sekundären Input noch eine dritte Ebene hinzufügen. Um im Falle einer Umschaltung Pegelsprünge zu vermeiden, können diese einzeln angepasst werden.

Innenleben Für größere Darstellung bitte klicken (Bild: Anselm Goertz)

In jedem Kanal gibt es die üblichen Hoch- und Tiefpassfilter mit Steilheiten von 6 bis 48 dB/Oct. und je acht parametrische EQs, die als Bellfilter sowie High- oder Low-Shelf mit 6 oder 12 dB Steilheit konfiguriert werden können. Gain, Phase Invers und Delay sind selbstredend ebenfalls in jedem Kanal vorhanden, ebenso wie die am Ende der Kette stehenden RMS- und Peak-Limiter.

Komplette Kanalkonfigurationen können als Speaker-Tuning-Files gespeichert werden. Für komplexere Lautsprecher-Konfigurationen würde man sich zusätzlich noch Allpass- und die heute schon fast zu einer Art Standard gewordenen FIR-Filter wünschen. Aber, was nicht ist, kann noch werden – was in diesem Fall für den Anwender relativ einfach per Firmware-Update nachzurüsten wäre.

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Filter und Limiter

Filter und Limiter bedürfen heute kaum noch einer genaueren Betrachtung, da moderne DSPs dank ihrer hohen Rechenleistung nahezu alle Funktionen in höchster Qualität zur Verfügung stellen. In den LEA-Amps arbeitet ein Analog-Devices-Sigma-DSP, der die mit 96 kHz gesampleten Audiodaten verarbeitet.

Bell-Filter im DSP exemplarisch an einem Filter mit 15 dB Gain und einer Güte von 0,7 lässt es sich gut erkennen, dass der Kurvenverlauf unabhängig von der Frequenz auch bei 20 kHz noch unverändert bleibt (Abb. 3) (Bild: Anselm Goertz)

Abb. 3 zeigt dazu eine Filtermessung, die einen der wenigen kritischen Punkte digitaler Filter beleuchtet. Ein von 20 Hz bis 20 kHz definiertes Bell-Filter sollte für den gesamten Frequenzbereich immer den gleichen Verlauf aufweisen. D. h. die Filterkurve darf zu hohen Frequenzen hin nicht gestaucht oder verformt werden, so wie es bei älteren Geräten mit digitalen Filtern gelegentlich zu beobachten war.

Grundsätzlich ist der Effekt in der Transformation von der analogen auf die digitale Ebene begründet. Die Verformung der Kurven tritt dabei nahe der halben Abtastrate relevant in Erscheinung. Möchte man das vermeiden, dann lässt sich das durch eine höhere Abtastrate oder durch eine Korrekturfunktion erreichen. Dank der Abtastrate von 96 kHz ist dieses Problem in den LEA-Amps kein Thema, wie die vier im Verlauf völlig identischen Kurven in Abb. 3 erkennen lassen.

Ein weiterer kritischer Punkt digitaler Filter sind Rundungsverzerrungen speziell bei Filtern für tiefe Frequenzen mit hoher Güte. Eine Messung dazu zeigte für den LEA- DSP keine Auffälligkeiten. Der hier eingesetzte Sigma-DSP arbeitet mit einer Festkomma-32-Bit-Architektur, die dieses Problem vermeidet.

Neben den Filtern sind die Limiter bei den Controller-Funktionen für einen Lautsprecher einer der wichtigsten Bausteine. Die grundsätzlich korrekte Funktion einmal vorausgesetzt, kommt es jedoch häufig zu Unklarheiten wie die Eckwerte eines Limiters definiert sind. Angaben in dBfs oder unklare Begriffe zur Funktion der Werte tragen zur Verwirrung bei. Bei LEA ist hier eine klare Linie zu erkennen: Es gibt Peak- und RMS-Limiter, deren Thresholds passend dazu in Vpk oder Vrms definiert werden und sich dann messtechnisch auch exakt so einstellen.

RMS-Limiter mit Threshold-Werten von 50 und 20 Vrms, die exakt eingehalten werden; die Gain-Reduction erfolgt nicht kontinuierlich, sondern in kleinen Stufen (Abb. 4) (Bild: Anselm Goertz)

Unsere Abbildungen 4 und 5 zeigen Beispiele für beide Limiter. Typischerweise werden RMS-Limiter zum Schutz der Lautsprecher vor thermischer Überlast eingesetzt. Diese arbeiten daher mit langen Zeitkonstanten für Attack und Release zwischen einer und zehn Sekunden.

Peak-Limiter der ebenfalls die eingestellten Threshold-Werte, jetzt als Peakwerte von 50 und 20 Vpk, genau einhält; die kürzest mögliche Attack-Zeitkonstante beträgt 1 ms (Abb. 5) (Bild: Anselm Goertz)

Der Peak-Limiter muss dagegen schnell eingreifen, um entweder ein Clipping der Endstufe oder auch eine mechanische Überlastung des Lautsprechers durch extreme Signalspitzen zu vermeiden. Hier liegen die Zeitkonstanten zwischen 1 ms und 1 s. Auffällig ist in Abb. 4 zum RMS-Limiter die in kleinen Stufen agierende Gain-Reduction, wo sonst meist ein kontinuierlicher Verlauf üblich ist. Ob und wie weit sich das klanglich bemerkbar macht, kann von dieser Stelle aus nicht beurteilt werden.

Orientiert man sich für die Einstellung der Limiter am AES-2h-Wert, dann kann die aus Leistung und Impedanz berechnete Spannung als Threshold für den RMS-Limiter definiert werden und der doppelte Wert für den Peak-Limiter. Bei der Leistungsangabe gemäß AES ist noch zu beachten, dass diese sich nicht auf die Nennimpedanz bezieht, sondern auf das Impedanzminimum des jeweiligen Lautsprechers. Eine eher konservative Einstellung des RMS-Limiters schadet in der Regel nicht, da dieser eigentlich nur bei extremer Überlastung, z. B. bei einem Feedback, überhaupt zum Zuge kommt.

Musik- und Sprachsignale haben dagegen ein so großes Verhältnis zwischen Peak- und RMS-Wert (Crestfaktor), dass immer zuerst der Peak-Limiter greift. Und erst wenn dieser die Signalspitzen um 6 dB oder mehr reduzieren muss, kommt man in den Bereich, wo auch der RMS-Threshold erreicht werden könnte. Ausnahmen, wie bereits erwähnt, sind Situationen wo reine Sinussignale auftreten, die nur einen Crestfaktor von 1,41 (3 dB) aufweisen. Dann besteht höchste Gefahr für die angeschlossenen Treiber, wo der RMS-Limiter schützend eingreifen muss.

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Messwerte

Die Frequenzgänge in Abhängigkeit von der Last zeigt Abb. 6: Oberhalb von 6 kHz macht sich diese relativ stark bemerkbar. Lässt man jedoch den Extremfall der 2-Ω- Last (blaue Kurve) einmal außen vor, dann schwankt der Verlauf bis 20 kHz noch um max. ±0,75 dB. Mit einem 4-Ω-Lautsprecher-Dummy als Last liegt die maximale Abweichung bei 0,6 dB. Ein solcher Wert sollte in jedem Fall unproblematisch sein.

Frequenzgänge abhängig von der Last an Lastwiderständen mit 2, 4, 8 und 16 Ω, im Leerlauf und mit Lautsprecher-Dummys mit 4 Ω oder 8 Ω Nennimpedanz (Abb. 6) (Bild: Anselm Goertz)

Der Störpegel am Ausgang der Endstufen betrug für eine Einstellung mit 26 dB Gain abhängig von der Wahl des Eingangs –64 dBu(A) mit analogen Eingängen und –67 dBu(A) bei der Zuspielung über das Dante-Interface. Dem gegenüber steht im Low-Z-Modus eine maximale Ausgangsspannung von 37,8 dBu, woraus sich ein Dynamikumfang oder S/N von 105 dB ergibt. Der Wert entspricht der Angabe aus dem Datenblatt.

FFT-Spektrum des Ausgangssignals gemessen mit einer Samplerate von 2,5 MHz. Bei 1 kHz erkennt man das Nutzsignal. Reste der PWM-Schaltfrequenz finden sich bei 400 und 800 kHz. Der Rauschpegel steigt oberhalb von 20 kHz kräftig an (Abb. 9) (Bild: Anselm Goertz)

Wird der Störpegel unbewertet in der Berechnung einbezogen, dann verschlechtern sich die Werte um ca. 6 dB. Die Ursache erkennt man in Abb. 9, wo der Rauschpegel oberhalb von 10 kHz anzusteigen beginnt. Ein weiterer, eventuell noch wichtiger, peripherer Wert ist die Latenz der Signalverarbeitung. Diese liegt vom analogen Eingang zum Ausgang gemessen bei sehr kurzen 0,3 ms.

Die weiteren Messungen betreffen die Verzerrungswerte der Endstufe. Bei allen Messungen wurden immer alle vier Kanäle mit der gleichen Last von 4 oder 8 Ω betrieben und alle mit dem gleichen Signal angesteuert. Um den kritischen Effekt des „Rail Pumpings“ bei tieffrequenten Messsignalen zu vermeiden, wurden bei den Messungen die Kanäle 2 und 4 im invertierten Modus betrieben.

Verzerrungen (THD+N) in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung (x-Achse in W pro Kanal) an einer Last mit 4 × 4 Ω. Messungen bei 100 Hz (- – -), 1 kHz und 6,3 kHz (· · ·) (Abb. 7) (Bild: Anselm Goertz)

Für Abb. 7 wurden die harmonischen Verzerrungen (THD+N) für Frequenzen von 100 Hz, 1 kHz und 6,3 kHz in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung gemessen. Die höchste Messfrequenz wurde zu 6,3 kHz gewählt, weil dann die erste und zweite Oberwelle (k2 und k3) noch in den hörbaren Frequenzbereich unterhalb von 20 kHz fallen. Die Kurven für 100 Hz und 1 kHz zeigen einen guten Verlauf mit einem Minimum unter –80 dB und einem Wert von –75 dB an der Clip-Grenze. Bei 6,3 kHz steigen die Verzerrungswerte im Vergleich jedoch deutlich an. Bei 100 W Ausgangsleistung erreicht der THD einen Wert von –60 dB (0,1%), was noch der Angabe aus dem Datenblatt entspricht.

Klirrspektrum bei 1 kHz an einer Last 4 × 4 Ω bei 350 W Leistung pro Kanal (Abb. 8)

Betrachtet man das Klirrspektrum für ein 1-kHz-Signal in Abb. 8, dann verhalten sich die Oberwellen mit fallender Tendenz zu höheren Ordnungen hin gutmütig. Ein weiteres FFT-Spektrum (Abb. 9) wurde mit einer sehr viel höheren Abtastrate von 2,5 MHz und ohne passives Tiefpassfilter (AP AUX-0025) im Signalweg gemessen. Bei dieser Art der Messung werden sowohl die Class-D-Schaltfrequenz wie auch mögliche Störungen innerhalb und auch außerhalb des Audio-Frequenzbereiches sichtbar. Für die Messung wurde zusätzlich noch ein 1-kHz-Nutzsignal eingespeist. Die Amplitude des Nutzsignals betrug bei dieser Messung 2 V. Gut zu erkennen ist die PWM-Schaltfrequenz knapp unterhalb von 400 kHz mit einer kleinen Amplitude von ca. 300 mV. Etwas ungewöhnlich ist die kräftige Rauschglocke oberhalb von 20 kHz.

Transiente Intermodulations-
verzerrungen (DIM100) in Abhängigkeit vom Eingangspegel gemessen an Lasten von 4 × 4 Ω (blau, rot) und an 4 × 8 Ω (grün, magenta), Messung exemplarisch für Kanal 1 und 3 (Abb. 10)
(Bild: Anselm Goertz)

Eine letzte Messung zum Thema Verzerrungen betrachtet die Transienten Intermodulationsverzerrungen (DIM100). Das Testsignal, bestehend aus einem steilflankigen 3,15-kHz-Rechteck und einem 15-kHz-Sinus stellt für Verstärker eine Herausforderung dar. Wie sich schon aus der THD-Messung bei 6,3 kHz erahnen lässt, tut sich der LEA-Amp hier etwas schwer. Die Kurve fällt zwar zunächst auf sehr geringe –80 dB, beginnt dann jedoch weit vor der Clip-Grenze wieder anzusteigen, wo sich dann –55 dB an einer 8-Ω-Last oder –50 dB an einer 4-Ω-Last ablesen lassen. Die Werte sind nicht schlecht, können aber auch keine Maßstäbe setzen.

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Leistungsprofil

Bei den Leistungsmessungen wurden nur die Fälle im Low- Z-Modus mit Belastungen von 4 × 4 Ω und 4 × 8 Ω betrachtet. Beginnt man mit der Sinusleistung für ein konstant anliegendes 1-kHz-Signal, dann wird eine Leistung von knapp über 700 W an 4 Ω und auch an 8 Ω ca. 15 s erreicht.

Leistungswerte der LEA 704D bei einer Last von 4 × 4 Ω, die angegebene Leistung von 700 W pro Kanal wird mit einem 1-kHz-Sinussignal für ca. 15 s unlimitiert erbracht (Abb. 11) (Bild: Anselm Goertz)

Danach greift eine Schutzschaltung und reduziert die Leistung auf 65 W, um sie danach langsam wieder hochzufahren. Warum die Begrenzung hier so drastisch erfolgt, bleibt unklar. Grundsätzlich ist jedoch eine über 15 s mögliche konstante Nennleistung mit einem Sinussignal ein sehr guter und auch völlig hinreichender Wert.

Bei anderen Signalformen wie dem 12- oder 6-dB-Noise ist eine Dauerleistung von 176 oder sogar 342 W auch über 60 s möglich. Interessant ist es auch zu sehen, wie sich der Crestfaktor der Signale verändert. An der 8-Ω-Last bleibt der Crestfaktor des 12-dB- Signals nahezu unverändert. Das 6-dB-Signal vergrößert dagegen seinen Crestfaktor um ca. 2 dB, ebenso an einer 4-Ohm-Last, wo jedoch für das 12-dB-Signal die Signalpeaks merklich reduziert werden, so dass final nur noch ein Crestfaktor von 9,8 dB bleibt.

Leistungswerte der LEA 704D bei einer Last von 4 × 8 Ω, an 8 Ω sind die Leistungswerte vergleichbar hoch zum 4-Ω-Betrieb oder sogar noch höher (Abb. 12) (Bild: Anselm Goertz)

Die Begründung dafür findet sich in den diversen Strom- und Spannungsbegrenzungen, die sowohl Signalspitzen abschneiden wie auch neue erzeugen können. Fassen wir zusammen, dann wird die Leistung nach Datenblatt von 4 × 700 W unabhängig von der Messmethode immer solide erreicht. Speziell im 8-Ω-Betrieb stehen zudem erhebliche Peak-Reserven bereit.

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Netzbelastung

Für den LEA 704D wurden folgende Werte der Leistungsaufnahme abhängig vom Betriebszustand ermittelt:

Sleep-Modus: 6 W
Standby-Modus: 20 W
ohne Signal: 78 W
Volllast mit 12 dB Crestfaktor 840 W
Volllast mit Sinussignal: 3.240 W

Wirkungsgrad des 704D in % in Abhängigkeit von der abgegebenen Leistung (x-Achse); in Rot die Kurve ohne Grundlast, die einen sehr guten Wirkungsgrad der Endstufen erkennen lässt (Abb. 13) (Bild: Anselm Goertz)

Der abhängig von der abgegebenen Leistung ermittelte Wirkungsgrad der Endstufe liegt ohne Grundlast in weiten Bereichen bei einem sehr guten Wert von ca. 90%. Für die beiden Kurven in Abb. 13 wird das Verhältnis der abgegebenen Leistung in Relation zur aufgenommenen Leistung gesetzt. Berücksichtigt man dabei auch die Grundlast von 78 W, dann wird der Wirkungsgrad bei kleinen Leistungen immer geringer. Diese Werte zeigt die blaue Kurve. Zieht man die Grundlast von der aufgenommenen Leistung ab, entsteht daraus die rote Kurve mit einem weitgehend konstanten Verlauf zwischen 80 und 90%.

Betrachten wir nicht nur den absoluten Wert der Leistungsaufnahme, sondern auch den Stromverlauf, dann sollte sich dieser möglichst dem sinusförmigen Verlauf der Netzspannung annähern. Im Idealfall verhält sich eine Last dann wie ein ohmscher Widerstand. Die Kurve des Stroms sollte weder zum Spannungsverlauf verschoben noch verzerrt sein. Beschrieben werden die Abweichungen über den Phasenwinkel cos und den Leistungsfaktor PF.

Verlauf von Netzspannung (rot), Netzstrom (blau) und der daraus berechneten Leistungsaufnahme (grün, Abb. 14)

Abb. 14 zeigt die Netzspannung und den Stromverlauf für die LEA 704D bei Volllast mit einem Sinussignal. Die PFC (Power Factor Correction) arbeitet perfekt. Der Phasenwinkel cos φ und der Leistungsfaktor PF sind beide gleich 1. Lastet man die Endstufe mit einem 12-dB-Noise anstelle des Sinussignals voll aus, dann reduziert sich der Leistungsfaktor PF geringfügig auf 0,97. Die Netzbelastung betreffend verhält sich der Verstärker somit optimal.

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Brückenschaltung: Smart Power Bridge

Die Brückenschaltung von zwei Endstufenkanälen ist eine unabhängig vom Aufbau der Endstufe übliche Methode, die maximal mögliche Ausgangsspannung zu verdoppeln: Der zweite Kanal erhält dazu das invertierte Signal und die Last (der Lautsprecher) wird zwischen beiden Ausgängen angeschlossen.

Mit der doppelten Ausgangsspannung würde sich bei gleichbleibender Last zumindest theoretisch auch der Strom verdoppeln und damit die Leistung vervierfachen. In der Realität steht dem meist der maximal zulässige Strom im Wege, so dass sich in der Praxis die Leistung häufig nur verdoppeln lässt.

Wenn man also zwei Endstufenkanäle mit jeweils maximal 500 W an 4 Ω in Brücke schaltet, dann stehen sicher 1.000 W an 8 Ω zur Verfügung und – abhängig von der Fähigkeit, Strom zu liefern – zwischen 500 W bis 2.000 W an 4 Ω. Für die klassische Brückenschaltung sind zwei Endstufenkanäle erforderlich. Manche Endstufenmodelle lassen dazu auch noch die Parallelschaltung von zwei Kanälen und eine Brücken-Parallelschaltung mit insgesamt vier Kanälen zu. Eine Endstufe mit 4 × 500 W/4 Ω kann so auch als 2 × 1.000 W und 8 Ω oder 2 × 1.000 W an 2 Ω oder als 1 × 2.000 W an 4 Ω genutzt werden.

Bei LEA findet sich nun mit der Smart Power Bridge eine weitere Variante der Brückenschaltung, die ohne den Verlust eines Endstufenkanales auskommt. Wie kann das funktionieren? Gar nicht! Die Smart Power Bridge ist im eigentlichen Sinne gar keine Brückenschaltung, sondern verhält sich nur nach außen hin so. Daher auch „Smart Power Bridge“: Die maximale Ausgangsspannung einer Endstufe wird durch die Halbleiter und deren Spannungsfestigkeit bestimmt. Gleiches gilt für den max. Ausgangsstrom.

Hinzu kommt noch die Save Operation Area der Transistoren, wo weitere Parameter wie die Temperatur eingehen. Dies gilt grundsätzlich unabhängig vom Schaltungskonzept der Endstufe. Mit einzubeziehen ist auch das Netzteil, das eine definierte und evtl. auch variable Spannung sowie einen max. Strom und eine max. Leistung zu liefern in der Lage ist. Moderne Schaltnetzteile erlauben hier viele Schutzfunktionen und können sehr flexibel eingesetzt werden.

Smart Ausgangsspannung (x-Achse) und Strom (y-Achse) der Endstufe in Abhängigkeit von der Last mit Grenzwerten für die maximale Ausgangsspannung und den maximalen Ausgangsstrom (Grafik: LEA Professional, Abb. 15) (Bild: LEA Professional)

Abb. 15 zeigt dazu für die LEA 704D auf der x-Achse die Ausgangsspannung als Spitzenwert in V und auf der y-Achse den Ausgangstrom ebenfalls als Spitzenwert in A. Vier Linien stellen den Zusammenhang zwischen Spannung und Strom für Lastimpedanzen von 2, 4, 8 oder 16 Ω dar. Die braun schraffierte Fläche entspricht dem Arbeitsbereich im Low-Z-Modus mit einer max. Ausgangsspannung von ca. 110 Vpk und einem max. Ausgangsstrom von knappen 20 Apk. Die grau gestrichelten Linien zeigen die Ausgangsleistung.

An den Grenzen des Arbeitsbereiches erkennt man, dass für eine 2-Ω-Last (oranger Kreis) schon bei 375 W das Stromlimit erreicht wird. Für eine 4-Ω-Last geschieht das bei 750 W (roter Kreis). Für eine 8-Ω-Last liegt die maximale Leistung ebenfalls bei 750 W (grüner Kreis), jedoch nicht durch den Strom, sondern durch die maximale Ausgangsspannung limitiert. Gleiches gilt bei 16 Ω (dunkelblau), wo dann noch maximal 375 W erreicht werden.

Neben dem Low-Z- gibt es für die LEA 704D noch den 100-VModus. Um diesen Standard auch ohne Übertrager im Ausgang zu erfüllen, wird die maximal mögliche Ausgangsspannung der Endstufe auf 142 Vpk erhöht. Die Strombegrenzung greift dafür bei 11 Apk früher ein. Aus diesen beiden Werten leitet sich der hellblau schraffierte 100-V-Arbeitsbereich ab, der bei maximaler Auslastung in einem 100-V-System 750 W zur Verfügung stellen kann.

Schaut man sich dazu nochmal das Diagramm aus Abb. 15 an, dann erklären sich der Low-Z- (braun – 1) und der 100-V-Arbeitsbereich (hellblau – 3) durch die Strom- und Spannungsgrenzwerte. Offensichtlich sind dabei die reduzierte Ausgangsspannung im Low-Z- und der reduzierte Ausgangsstrom im 100-V-Modus nicht die Grenzwerte der Endstufe an sich, sondern Werte zum Schutz vor Überlastung des Netzteils.

Da das Netzteil der 704D aber noch einige Reserven vorhält, erlaubt man es einem der vier Kanäle in der Endstufe, beide Grenzwerte voll auszunutzen. Diese Betriebsart wird dann als Smart Power Bridge (rosa – 2) bezeichnet, die maximal 1.500 W Ausgangsleistung erlaubt. An 8 Ω liegt die maximale Ausgangsleistung jetzt bei 1.250 W und an 16 Ω bei 625 W, beides bestimmt durch die maximale Ausgangsspannung. An 4 Ω bleibt das Stromlimit der begrenzende Wert, so dass hier keine wesentlich höhere Ausgangsleistung im Vergleich zum normalen Low-Z-Modus möglich wird.

Eine Messung ergab, wenn alle vier Kanäle an 8 Ω voll ausgelastet und ein Kanal im Smart-Power-Bridge-Modus betrieben werden, dass dieser eine Kanal maximal 1.250 W und die drei anderen jeweils 650 W liefern können. Der Smart-Power- Bridge-Modus kann auch im 100-V-Betrieb genutzt werden, wo dann der höhere Low-Z-Grenzwert für den Strom zum Zuge kommt. Der betreffende Kanal stellt dann maximal 1.250 W zur Verfügung.

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Fazit

Der noch junge, aber über sehr erfahrene Mitarbeiter verfügende amerikanische Hersteller LEA bringt mit seiner ersten – bereits zehn Geräte umfassenden – Endstufenserie ein hochmodernes Konzept auf den Markt. Alle Geräte verfügen über eine Webbrowser-basierte Bedienung und können Cloud-basiert von beliebiger Stelle aus ohne aufwändiges VPN oder ähnliche Konstrukte überwacht und bedient werden.

Alle LEA-Verstärker sind für den Low-Z-Betrieb und im Direct-Drive-Modus auch für 70-V- oder 100-V-Systeme ausgelegt (Bild: Anselm Goertz)

Das integrierte DSP-System stellt einen kompletten Controller-Funktionsumfang für alle Kanäle bereit und kann sehr schnell und intuitiv bedient werden. In allen Endstufen ist zudem für eine schnelle 1:1-Bedienung vom Smartphone oder Tablet ein WiFi-Access-Point integriert. Optional in den D-Modellen gibt es auch ein Dante-Interface. Perfekt funktionierende Limiter, ein sehr hoher Wirkungsgrad und weitere Features wie Impedanzmessung oder Smart-Power-Bridge runden das Bild ab. Die Leistungswerte aus dem Datenblatt werden nach allen gängigen Messmethoden erreicht oder übertroffen.

Der deutsche Vertrieb Audio Pro Heilbronn nennt für die LEA 704(D) mit bzw. ohne Dante-Interface als UVPs inkl. MwSt. 3.547 € für den LEA 704D und 2.881 € für den LEA 704.

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