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Eine komplette Übersicht unserer Hardware-Testberichte finden Sie in unserer Übersicht.

Qualität von Verstärkerschaltungen - Rauschen

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Rauschen ist neben Verzerrungen (Stichwort: Klirrfaktor) eines
der wichtigsten Qualitätszeichen von Hifigeräten. Im
Bereich derAudiotechnik wird mit Rauschen ein oft störendes,
im Idealfall aber unhörbares Hintergrundgeräusch
während derWiedergabe von Musik bezeichnet. Während
dieser monotone Hintergrundton früher zu Zeiten der
Schallplatte undKassette ein geduldetes Übel war, ist es
heute im Zeitalter von hochqualitativen, praktisch rauschfreien
Audiomedien wie CD und DVDpraktisch nicht mehr wahrnehmbar.
Trotzdem ist es immernoch so, dass jedes Gerät neben dem
eigentlichen Musiksignal Rauschen produziert.Rauschen ist daher
auch heute noch eines der wichtigsten Qualitätsmerkmale
für Audiokomponenten, insbesondere von Verstärkern.
Auch wenn das Verstärkerrauschen mittlerweilesehr gering
ist, so verunreinigt es doch das Musiksignal und stört den
Hörgenuss. Hier liegen heute die Unterschiede zwischen
teuren und preiswerten Geräten, wie wir am Ende des Artikels
noch sehen werden.Doch was "rauscht" denn eigentlich im
Verstärker? In welchen Komponenten wird Rauschen
hinzugefügt? DieserFrage wollen wir jetzt nachgehen.

Rauschen in der Elektrotechnik:

Zunächst werfen wir einen Blick auf die Physik und
überlegen, wie Rauschen hier definiert wird.Wir betrachten
dazu ein Spannungs- oder Stromsignal (im Bild links). Dieses
Signal sei absolut rauschfrei.


height="100" border="0" alt=
"Addition von Rauschen beim Abspielen eines Signals über einen Verstärker">





Spielen wir dieses Signal beispielsweise einem Verstärker
zu, so wird an dessen Ausgang ein in der Amplitude
verstärktes Signal zu messen sein. Leider ist
dasAusgangssignal zusätzlich mit Rauschen belegt. Dieses
Rauschen macht sich darin bemerkbar, dass das Strom- bzw.
Spannungssignal nicht mehr genau den vorherigen Verlaufbesitzt,
sondern je nach Intensität des Rauschens mehr oder weniger
stark um diesen Referenzwert pendelt (im Bild blau,
übertrieben dargestellt).Und genau hierin liegt bereits die
Definition von Rauschen in der Elektrotechnik.Man versteht unter
dem Begriff "Rauschen" das Schwanken einer Spannung oder eines
Stromes um einen Mittelwert.Dieses Schwanken ist nicht
periodisch, sondern statistisch verteilt, d.h. man kann vorher
nie sagen, zu welchenZeitpunkten welche Abweichung vom Mittelwert
eingenommen wird.

Welche Bauteile rauschen?

Nachdem wir den Begriff Rauschen genauer unter die Lupe genommen
haben, stellt sich die Frage, wasinnerhalb der
Verstärkerschaltung nun tatsächlich Rauschen zum
eigentlichen Signal hinzufügt.Leider kann diese Frage nicht
pauschal beantwortet werden. Praktisch jedes passive und aktive
Bauteil fügt demSignal unerwünschte Verschmutzungen
hinzu. Im folgenden wollen wir uns das Rauschen von
Widerständenund das Rauschen von aktiven Halbleiterbauteilen
näher ansehen. Aktive Bauteile finden sich in
Verstärkern in ersterLinie in Form von Dioden und
Transistoren.



Thermisches Rauschen (Widerstandsrauschen; Johnson
Noise):


Das wohl bekannteste Rauschen ist das thermische Rauschen. Jedes
Bauteil, das einen (ohmschen) Widerstand besitzt, produziert
unweigerlich thermisches Rauschen. Leider weisen alle Bauteile,
auch die, die man auf Anhieb nicht mit Widerständen in
Verbindung bringen würde,einen Widerstandsanteil auf. Auch
Bauteile wie Transistoren oder Dioden besitzen (wenn auch kleine)
Verlustwiderstände.Diese produzieren ebenfalls thermisches
Rauschen.



Um zu verstehen, warum jedes Widerstandsbauteil rauscht,
vergrößern wir uns einen Ausschnitt aus
einemWiderstand so weit, dass wir die einzelnen Atome und
Elektronen, aus denen das Material besteht, erkennen können.
Diesen Ausschnitt zeigt folgende stark vereinfachte Skizze:


height="100" border="0" alt=
"Atomare Ebene eines Materials">





In blau sieht man das Atomgitter, aus dem das Widerstandsmaterial
aufgebaut ist. Dieses kann man sich als unbeweglich vorstellen.
Dazwischen "fliegen" freie Ladungsträger, die Elektronen,
umher.Diese Bewegung wird hervorgerufen durch die Temperatur des
Materials. Nur am absoluten Nullpunkt (-273°C) würde
diese Bewegung verschwinden.Je mehr dagegen die Temperatur vom
absoluten Nullpunkt nach oben hin abweicht, desto
größer ist die thermische Bewegung der Elektronen.Zu
beachten ist, dass an diesem Widerstand bisher kein elektrisches
Feld, also keine Spannung anliegt. Daher bewegen sich die
Elektronen in beliebige Richtungen innerhalb desMaterials. Es
existiert im statistischen Mittel keine Richtung, die bevorzugt
wird, keine Vorzugsrichtung. Treffen die Elektronen auf Atome, so
prallen sievon diesen ab und fliegen in geänderter Richtung
weiter. Man kann für diese Elektronen eine mittlere
Geschwindigkeit definieren. Diese thermische Geschwindigkeit
besitzen dieElektronen im Mittel bei der im Moment vorliegenden
Temperatur des Widerstandsmaterials. Ebenfalls möglich ist
die Definition eines "Stromes", der auch ohne Anlegen einer
äußeren Spannung innerhalb desWiderstandsmaterials
vorhanden ist (siehe übernächstes Bild). Allerdings
besitzt dieser Strom den Mittelwert Null, weshalb er von
außen nicht ohne weiteres messbar ist.


height="100" border="0" alt=
"Atomare Ebene eines Materials">





Wir wollen nun Spannung an das Material anlegen. Dadurch werden
die Elektronen vom Pluspol der Spannungsquelle angezogen. Es
stellt sich im Mittel eine Vorzugsrichtung für die Bewegung
der Ladungsträger ein. Alle Elektronen wandern in Richtung
des Pluspols. Man bezeichnet diesen Vorgang auch als
Elektronendrift und daher dieGeschwindigkeit, mit der sich die
Elektronen auf die Plusklemme zu bewegen, als
Driftgeschwindigkeit. Die thermische Geschwindigkeit
überlagert sich der Driftgeschwindigkeit. Da die
Gesamtgeschwindigkeit derElektronen nicht konstant ist, ist die
Anzahl der Elektronen, die das Widerstandsmaterial in einem
festen Zeitabschnitt durchlaufen nicht konstant.


height="200" border="0" alt="Strom durch einen Widerstand">





Was hat das aber alles mit Rauschen zu tun? Oben hatten wir das
Rauschen als physikalischen Begriff näher definiert. Wir
hatten herausgefunden, dassRauschen ein Schwanken des Stromes um
einen festen Wert ist. Beim vorliegenden Elektronenstrom durch
das Widerstandsmaterial entdecken wir genau diesenSachverhalt
wieder. Aufgrund der Schwankungen der thermischen Geschwindigkeit
der Elektronen schwankt der Strom durch den Widerstand um einen
festen Wert.Dieser Wert ist durch die Höhe der
äußeren Spannung gegeben. Also haben wir es hier mit
Rauschen zu tun. Da dieses Rauschen durch die wärmebedingte
Bewegung der Elektronenhervorgerufen wird, nennt man es auch
thermisches Rauschen.



Das thermische Rauschen gehört physikalisch zur Gattung des
Weißen Rauschens. Weißes Rauschen zeichnet sich
dadurch aus,das es in allen Frequenzbereichen gleich
wahrscheinlich und mit gleicher Energie auftritt. Es gibt keinen
bevorzugten Frequenzbereich.



Etwas Halbleiterphysik:



Wir machen nun einen kleinen Ausflug in die Halbleiterphysik, um
die folgenden Rauschphänomene besser verstehen zu
können. Als Halbleiter werden die Materialien bezeichnet,
die in ihremnatürlichen Zustand Strom nicht leiten,
allerdings durch technische Kniffe doch zu Leitern mutieren
können. Das bekannteste Halbleitermaterialist Silizium und
wird für Dioden, Transistoren sowie integrierte Schaltkreise
(ICs) am häufigsten verwendet. Wir wollen daher die
folgendenBetrachtungen an Hand des Siliziums
durchführen.


height="153" border="0" alt=
"Aufbau des Siliziumatoms bzw. Siliziumkristalls">





Silizium besteht aus 14 Elektronen und 14 Protonen (positiv
geladene Elementarteilchen). Die Protonen kann man sich grob
gesagtzusammengeballt als sogenannten Atomkern denken. Für
unsere Zwecke1 genügt es, wenn wir uns
vorstellen, dass die Elektronen diesen Kern in bestimmten
Abständenumkreisen, ähnlich wie die Planeten unseres
Sonnensystems die Sonne. Wichtig zu wissen ist, dass die
Elektronen den Kern nicht in beliebigem Abstand umlaufen
können, sondern nur infest gesetzten, diskreten Bahnen.
Jeder dieser Abstände wird als Schale bezeichnet. Auf jeder
Schale wiederum kann nur eine ganz bestimmte Anzahl Elektronen
Platz finden. Aus energetischen Gründenwerden zunächst
die Schalen besetzt, die nahe am Kern sind. Die weiter vom Kern
weg gelegenen Schalen werden nur schwach oder gar nicht
besetzt.Elektronen, die sich auf der äußersten
Besetzungsschale befinden, bezeichnet man als Valenzelektronen.
Genau diese und nur dieseElektronen tragen zur elektrischen
Leitfähigkeit eines Materials bei.



Silizium besitzt vier Valenzelektronen auf der
äußersten Schale. Diese Schale kann maximal 8
Elektronen aufnehmen. Werden nun mehrere Siliziumatomezu einem
Siliziumkristall zusammengesetzt, so wird die Verbindung zwischen
den einzelnen Atomen über die äußere Schale
hergestellt. Es entsteht im Optimalfall ein perfekt
ausgeglichenerSiliziumkristall, in dem jedes Atom über 8
Valenzelektronen mit den Nachbaratomen verbunden ist (siehe Bild
oben). Dieser perfekte Kristall existiert allerdings nur
amabsoluten Temperaturnullpunkt (-273°C) und unter
Vernachlässigung von Verschmutzungen des Materials. Steigt
die Temperatur an, so kommt das einer Energiezufuhr gleich, die
die Atome durch Schwingungen um ihre Ruhelage ausgleichen.Wird
die Energie groß genug, so brechen die Verbindungen
statistisch auf. Es kommt zur sogenannten Paarbildung. Dabei
löst sich ein Elektron aus dem Gitterverband. Dieses
Elektron ist negativ geladen.Es hinterlässt eine Fehlstelle,
ein sogenanntes Loch. Da die negative Ladung des Elektrons nun
nicht mehr am Ort der Fehlstelle zu lokalisieren ist, kann man
die Fehlstelle auch alspositiv geladen bezeichnen. Es hat sich
ein Ladungspaar gebildet (Loch und Elektron), man spricht auch
von einem Generationsprozess.



Die Paarbildung bewirkt, dass Silizium bei hohen Temperaturen
leitfähig wird. Die fest im Gitter gebundenen Elektronen
können nicht zur Leitfähigkeit beitragen,da diese ihren
Ort nicht ändern können. Wohl aber die Elektronen, die
sich aus dem Gitterverband lösen konnten. Diese können
sich (quasi-)frei im Kristall bewegen und damit zur
Leitfähigkeit beitragen. Man bezeichnet diese Elektronen
daher alsfreie Elektronen. Auch die Löcher tragen zur
Leitfähigkeit bei. Würde man an obigen Siliziumkristall
eine Spannung anlegen, so würden die Elektronen zum Plus-
und die Löcher zum Minuspol derQuelle wandern.



Die zum Teil phänomenalen Eigenschaften der Halbleiter
kommen nun durch einen technischen Kniff zustande. Baut man
nämlich im obigen SiliziumkristallgitterFremdatome (also
Atome anderer chemischer Elemente) ein, so kann entweder die
Anzahl der Löcher, oder die Anzahl der freien Elektronen
drastisch erhöht werden.Die Leitfähigkeit des Kristalls
wird so gezielt beeinflusst und eingestellt.


height="153" border="0" alt="Akzeptordotierung"> "images/hardware/news-bilder/rauschen07.gif" width="204" height="153" border="0" alt=
"Donatordotierung">





Betrachten wir hierzu zunächst eine Dotierung mit dem
Element Bor. Bor hat auf seiner äußeren Schale nur
drei Valenzelektronen sitzen. Wird es in den
Siliziumkristalleingebaut, so wird eine Atombindung nicht
vollständig besetzt. Man sagt die Valenz ist nicht
abgesättigt. Es bleibt bereits am absoluten
Temperaturnullpunkt ein Loch übrig.Da Bohr zu einem Kristall
führt, der weitere Elektronen aufnehmen könnte,
bezeichnet man Bohr auch als Akzeptor und den entstehenden leicht
positiv geladenen Kristall als p-dotiert.

Baut man auf der anderen Seite Phosphor in das Silizium ein, so
ist ein Elektron überzählig im Kristall vorhanden.
Warum? Weil Phosphor fünf Valenzelektronen hat und so ein
Elektron keinen Partner zurBindung findet. Man spricht bei
Dotierungen, die Elektronenüberschuss bewirken auch von
n-Dotierung. Die verwendeten Elemente heißen Donatoren.

Auf diese Weise hat man in der Elektrotechnik p-leitende
(Löcherüberzahl) und n-leitende
(Elektronenüberzahl) Gebiete zur Verfügung. Alle
Halbleiterbauelemente beruhen nun auf der geschicktenKombination
dieser Gebiete. Verbindet man einen p-leitenden Bereich mit einem
n-leitenden, entsteht ein PN-Übergang, der die zentrale
Funktion von Dioden undTransistoren bewirkt.


height="138" border="0" alt=
"Ausbildung einer Raumladungszone(RLZ) beim PN-Übergang">





Zunächst werde ein PN-Übergang ohne äußere
Spannung betrachtet.Durch die positive Ladung des P-Gebietes
werden Elektronen aus dem N-Gebiet in das P-Gebiet getrieben.
Genauso verhält es sichmit den Löchern des P-Gebietes.
Diese werden vom N-Gebiet angezogen. Überschreiten sie den
PN-Übergang, so finden Sie im fremden Gebiet
Rekombinationspartner. Elektronen und Löcher egalisieren
sich imnäheren Bereich um den Übergang (die Vernichtung
diskreter Ladungen durch Rekombination wird auch als
Rekombinationseffekt bezeichnet). Zurück bleiben positiv
bzw. negativ geladene Atomrümpfe. Diese bilden ein
elektrisches Feld (von der N-Schicht zur P-Schicht) aus. Dieses
elektrische Feld wiederum beginnt nun die Diffusion
derLöcher in den N-Bereich und der Elektronen in den
P-Bereich zu hemmen. Je mehr Ladungsträger rekombinieren
(sich ausgleichen), desto stärker wird das E-Feld, bis
schließlich keine Ladungsträger mehrins jeweils fremde
Gebiet wandern. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein. Im Bereich
des E-Feldes befinden sich nun keine freien Ladungen mehr. Da die
zurückgebliebenen geladenen Atomrümpfe eine
sogenannteRaumladung bilden, spricht man auch von einer
Raumladungszone. Die Weite dieser Raumladungszone bleibt im
Gleichgewicht konstant.



Legt man an diesen PN-Übergang eine Spannung, so wird das
Gleichgewicht gestört. Man kann sich vorstellen, dass die
Spannungsquelle an ihrem Minuspolständig Elektronen und an
ihrem Pluspol Löcher zur Verfügung stellt. Wird an den
P-Bereich der Minuspol angelegt, so werden Löcher in die
Spannungsquelle "abgesaugt". Ebenso werden bei Anlegen des
Pluspols andas N-Gebiet Elektronen von der Spannungsquelle aus
dem Halbleiter entfernt. Aufgrund der nun fehlenden
Ladungsträger breitet sich die Raumladungszone weiter aus.
Ein Stromfluss ist so unmöglich. Das Bauteil sperrt.Man
bezeichnet diesen Betriebszustand des Halbleiters als
Sperrbetrieb, die anliegende Spannung als Sperrspannung.


height="140" border="0" alt=
"Sperr- und Flussspannung am PN-Übergang">





Wird die Spannungsquelle umgepolt, also Pluspol an P-Gebiet und
Minuspol an N-Gebiet, so wirkt die äußere Spannung dem
inneren elektrischen Feld in derRaumladungszone entgegen. Ist die
äußere Spannung groß genug (bei Silizium ca.
0,7V), so wird die Raumladungszone vollständig abgebaut. Nun
wirkt der Halbleiterals Leiter. Strom kann fließen. Man
nennt eine Spannung mit dieser Polung auch Flussspannung.



Schrotrauschen (auch Schottky-Rauschen, Strom-Rauschen; Shot
Noise):


Nun kommen wir endlich wieder auf Rauschprobleme in Halbleitern
zu sprechen. Das Schrotrauschen ist ein Rauschen, das nur in
Halbleiterbauelementen am PN-Übergang auftritt. Passive
Bauteile (Widerstände, Kondensatoren, Spulen) weisen
dieseVariante nicht auf, wohl aber die in Verstärkern weit
verbreiteten Dioden und Transistoren. Im Vergleich zu thermischem
Rauschen ist es allerdings im allgemeinen vernachlässigbar
klein.



Schrotrauschen entsteht an Dioden und anderen Bauteilen mit
PN-Übergang bei Schaltung in Flussrichtung.Die Anzahl der
Ladungsträger, die die Raumladungszone innerhalb eines
festen Zeitraumes durchlaufen, ist nicht konstant, da nur die
Teilchen die Barriere überwinden können,die
genügend Energie besitzen. Elektronen, die beispielsweise
Stoßprozesse mit festen Atomen kurz vor der RLZ
durchgeführt und dadurch ihre Energie verloren haben,
können die Raumladungszone nicht überwinden.Da die
Menge der Elektronen bzw. Löcher, die die Raumladungszone
durchqueren schwankt, schwankt auch die Ladungsmenge, die pro
Zeiteinheit durch das Bauteil transportiert wird.Das ist
gleichbedeutend mit einem Schwanken der elektrischen
Stromstärke durch den Halbleiter und damit gleichbedeutend
mit Rauschen.Auch das Schrotrauschen ist in die Kategorie des
weißen Rauschens einzuordnen. Es ist ebenfalls über
den gesamten Frequenzbereich gleich verteilt.



Funkelrauschen (1/f-Rauschen; Flickernoise):

Funkelrauschen beobachtet man bei aktiven Bauteilen aber auch bei
manchen passiven Komponenten, beispielsweise bei
Kohleschichtwiderständen.Dieses Rauschen wird - vermutlich,
es gibt keine gesicherten Erklärungen - hervorgerufen durch
Unregelmäßigkeiten im Kristallgitter und fluktuierende
Umladungen von Oberflächenzuständen.Die
Unregelmäßigkeiten im Gitter können durch
Fremdatome, die eigentlich nicht im Kristallgitter vorhanden sein
dürften entstehen,oder aber durch Fehlstellen (Stellen im
Kristall, wo beispielsweise ein Siliziumatom fehlt). Diese
Unregelmäßigkeiten bewirken sogenannteTraps, also
"Fallen" für Ladungsträger. In diesen Traps werden
Elektronen bzw. Löcher festgehalten und an ihrem
Vorwärtskommen stark behindert.Dadurch, dass auch diese
Effekte statistisch auftreten, schwankt die Zahl der
Ladungsträger, die diesem Prozess unterworfen sind, und
damit die Stromstärke.



Funkelrauschen findet vor allem im Bereich tiefer Frequenzen
statt und übersteigt dort das thermische Rauschen.Die
ebenfalls gebräuchliche Bezeichnung 1/f-Rauschen rührt
daher, dass der Rauschpegel mit zunehmender Frequenz mit 1/f
abfällt.

Damit handelt es sich beim 1/f-Rauschen nicht um weißes
Rauschen.



Popcornrauschen (Burstrauschen; Burstnoise):

Auch das Popcornrauschen tritt im tiefen Frequenzbereich auf,
allerdings anders als das 1/f-Rauschen nur in
Halbleiterbauelementen.Vermutlich - auch hier liegen keine
gesicherten Erkenntnisse vor - entsteht das Burstnoise durch
metallische Verunreinigungen im Material, oder auch
durchabsichtlich eingebrachte Schwermetallionen, die die
Eigenschaften des Halbleiters verbessern sollen.



Das Popcornrauschen zeichnet sich durch Springen des Rauschpegels
zwischen bestimmten Pegeln aus. Da es im tieffrequenten Bereich
auftritt, kann es über Lautsprechergut wahrnehmbar sein.
Durch die sprunghafte Änderung des Pegels entsteht ein
Knackton, der entfernt an das Platzen von Mais in der Pfanne beim
Popcorn herstellen erinnert.



Generations-Rekombinationsrauschen (Quantenrauschen,
r-g-noise):


Die letzte Ursache für Rauschen, die im Rahmen dieses
Artikels angesprochen werden soll, ist das
Generations-Rekombinations-Rauschen.Es kann nur in Halbleitern
auftreten und ist relativ einfach zu erklären.



Die Funktion eines Halbleiters hängt davon ab, wie viele
Elektron-Loch-Paare vorhanden sind. Sind wenige vorhanden, so
leitet das Bauteil schlecht.Existieren viele Ladungsträger,
ist der Widerstand entsprechend klein und damit der Strom
groß. Die Anzahl der Ladungsträger innerhalb eines
Halbleiters kannzwar mit Hilfe der oben besprochenen
Fremdatomdotierung eingestellt und optimiert werden, allerdings
wird die Zahl der Löcher und Elektronen trotzdem
schwanken.Dies liegt daran, dass bei jeder Temperatur über
dem absoluten Nullpunkt Elektron-Loch-Paare generiert oder auch
wieder zerstört werden.Diese Generation und Rekombination
kann praktisch nicht beeinflusst werden. Zwar liegt über
lange Zeiten betrachtet eine konstante Zahl anLadungsträgern
vor, aber im Hinblick auf kurze Zeitintervalle schwankt deren
Zahl und damit der Strom durch den Halbleiter. Es
entstehtGenerations-Rekombinations-Rauschen.


height="185" border="0" alt=
"Spektrale Verteilung unterschiedlicher Rauschquellen">





Wie kann Rauschen vermindert werden?



Nun wissen wir, dass Rauschen in jedem elektrischen Bauteil
entsteht. Es wird daher auch in Zukunft nicht vollständig
aus den Geräten verschwinden.Trotzdem gibt es eine ganze
Reihe von Möglichkeiten Rauschen einzudämmen. Und genau
hier unterscheidet sich die Spreu vom Weizen auf dem
Gerätemarkt. Sicher standen Sie auch schon in einemder
einschlägigen Elektronik-Supermärkte und haben mit dem
Gedanken gespielt sich ein vermeintliches Sonderangebot zu
kaufen.Schließlich ist Verstärker ja Verstärker.
Das ist aber leider nur die halbe Wahrheit. Zwar verstärkt
auch ein billiges Fernostprodukt das Musiksignal,
allerdingsliegen Rauschen und andere Verunreinigungen im
Gegensatz zum Preis alles andere als niedrig. Daher kann nach dem
Kauf, oft auch erst einige Monate später, die böse
Überraschung kommen, wenn der Musikgenuss durch
ständigeGeräuschuntermalung getrübt wird. Warum
aber weisen diese Billiggeräte mitunter so schlechte Werte
auf?

  • Schlechtes Schaltungsdesign:

    Im heutigen Konkurrenzkampf der Audioindustrie müssen in
    möglichst kurzer Zeit neue Geräte auf den Markt
    gebracht werden. Sollen diese noch dazu günstig sein,so wird
    die Elektronik in den Komponenten nur sehr halbherzig optimiert.
    Schlechte Masseführung bewirkt in vielen vermeintlichen
    Schnäppchen einständiges leises tieffrequentes Brummen
    aus den Lautsprechern. Lange Signalwege auf den Leiterplatten
    begünstigen hochfrequente Einstrahlungen (z.B. aus dem
    Radiofrequenzbereich), was sich alsleises zischelndes Rauschen
    bemerkbar macht.

    Hochwertige Verstärkerkomponenten von renommierten Marken
    haben mit diesen Problemen nicht zu kämpfen.
    Computerunterstützte Optimierung des Schaltungsdesigns und
    unter Umständen gar vergleichendeHörtests zwischen den
    möglichen Varianten der Schaltung vermeiden hier die
    typischen durch Schlamperei und Nachlässigkeit entstandenen
    Fehler.
  • Schlechte Bauteile:

    Wenn Sie den obigen Teil unseres Artikels gelesen haben, dann
    wissen Sie, wie wichtig gute Bauteile für Rauschfreiheit
    sind.Genau hier liegt das nächste Problem von
    Sonderangeboten. Die Bauteile dieser Komponenten sind meist von
    sehr schlechter Qualität.Es wird an jeder Ecke gespart und
    so kommen nur Massenbauteile mit großen Fehlertoleranzen
    und ohne Optimierung auf die Audiotechnik zum Einsatz.Bestes
    Beispiel sind Potentiometer, die Bauteile, die hinter
    mechanischen Lautstärke- und Equalizerreglern stecken.Es
    handelt sich dabei um ein Widerstandsmaterial, das mit Hilfe
    eines Schleifers abgegriffen wird. Je nach Schleiferstellung
    liegt ein kleiner oder größererTeil des Materials im
    Signalweg. Entsprechend wird das Signal wenig oder stark
    gedämpft.

    Der kritische Punkt ist nun dieser Schleifer. Über ihn
    fließt in vielen Schaltungen auch das Audiosignal.Da die
    Verbindung zwischen Schleifer und Widerstandmaterial jedoch nicht
    fest ist, treten Übergangswiderstände auf.Je nach
    Qualität des Potentiometers sind diese hoch oder niedrig.
    Beispielsweise besitzt ein sehr hochwertiges Potentiometer der
    Firma Alps einen Übergangswiderstandvon weniger als 300 Ohm.
    Dieses Bauteil findet dann auch in vielen hochwertigen
    Verstärkern Verwendung. Das 08-15 Poti aus der
    Massenproduktion, das im Verstärker aus dem Sonderangebot
    eingebaut ist, kann dagegen weit überein Kiloohm
    Übergangswiderstand aufweisen. Klar, dass dadurch das
    thermische Rauschen nicht gerade erniedrigt wird.

    Wesentlich problematischer ist allerdings die
    Langzeitstabilität von billigen Bauteilen. Insbesondere die
    billigen Potentiometer korrodieren extrem schnell.Das
    Leitermaterial des Schleifers und auch des Widerstandsmaterials
    oxidiert oder staubt ein. Was dann zu hören ist kennt jeder,
    der einmal einen alten Lautstärkeregler bedient hat: ein
    kratzendes Geräusch aus den Lautsprecherboxen, das streng
    genommen ein Rauschen mit sehr hohem Pegel ist. Während
    diese Fehlfunktion in gutenVerstärkern nach zehn Jahren
    auftritt, kratzt es beim Sonderangebot schon nach gut einem
    Jahr.Ist dieses Geräusch erst einmal zu hören, dann
    hilft meist nur noch das Austauschen des Potis, denn
    spätestens jetzt ist der Übergangswiderstand des
    Bauteils so hoch, dass ernste Fehlfunktionen auftreten. Im
    Extremfall kann es zum Ausfalleneines ganzen Kanals kommen, wenn
    der Übergangwiderstand extrem hochohmig wird.

    Hochwertige Potis sind gegen solche Probleme deutlich besser
    geschützt. Sie sind oft luftdicht verkapselt, wodurch
    Korrosion erst nach Jahrzehnten auftritt.Allerdings kosten diese
    Bauteile auch ein zehnfaches von dem eines Potentiometers aus der
    Massenproduktion. Während Bauteile der Massenproduktion bei
    nicht mal zwei Euro liegen, kommen höchstwertige
    High-End-Potis auf Preise von mehr als hundert Euro.
    Qualität kostet eben mehr, was auch verständlich macht,
    dass gute Geräte eben ihren Preis haben.

    Neben Potentiometern kann man noch eine ganze Reihe von Bauteilen
    aufzählen, bei denen es große
    Qualitätsunterschiede gibt.Beispielsweise Relais zur
    Umschaltung der Signalquellen, oder aber auch Kondensatoren.
    Letztere liegen häufig als Koppelkondensatoren im Signalweg
    und sind daher klanglich kritisch.Während
    Elektrolytkondensatoren bei den Billigprodukten zu finden sind,
    weisen High-End Geräte Folienkondensatoren (z.B. Firma
    Mundorf oder Firma Intertechnik) oder gar Kondensatoren aus
    Ölpapier auf.Zwischen den beiden Ausführungen liegen im
    Bezug auf die Verluste Welten. Leider auch im Bezug auf den
    Preis. Elektrolytkondensatoren sind miserabel, kosten aber nur
    einige Cent, während Folienkondensatoren (z.B.
    Zinnfolienkondensatoren) je nach Größe schon bis zu 50
    Euro kosten können.Ausführungen aus Ölpapier
    liegen noch teurer.

    Vielleicht denken Sie sich nun, dass eben das ein oder andere
    Bauteil nicht so hochwertig, aber das Endprodukt schon in Ordnung
    ist. Das ist leider nicht so.Die Qualität eines Gerätes
    setzt sich zusammen aus der Summe der Einzelfaktoren. Dummerweise
    genügt bereits ein schlechter Kondensator im Signalweg, und
    das Gerät ist einige Klangstufen schlechter einzuordnen.Sind
    mehrere Bauteile von schlechter Qualität, so wird der Klang
    nicht nur zunehmend schlechter, sondern auch die Haltbarkeit des
    Gerätes sinkt drastisch.Ein vermeintliches Schnäppchen
    kann sich daher schon nach kurzer Zeit als Spardose erweisen,
    wenn bereits nach einem halben Jahr (bzw. meist kurz nach Ablauf
    der Garantiezeit) die ersten Reparaturen fällig werden.

Wie Sie sehen ist es eher fraglich, ob man Geld in minderwertige
Komponenten stecken sollte. Der erste Schritt zu rauschfreiem
Hörgenuss ist aus obigen Gründendie Anschaffung von
hochwertigen Geräten. Allerdings ist es damit noch nicht
getan. Da eine Audiokette nur so gut ist, wie ihr schlechtestes
Glied, müssen alle Teile der Hifianlage optimiert
werden.Viele Leute vergessen dabei nach wie vor die Kabel.
Günstige Kabel weisen sehr hohe
Übergangswiderstände und geringe
Korrosionsbeständigkeit auf. Letztere erhöht auf lange
Sicht hin denÜbergangswiderstand zwischen Klemmen und
Verstärker zusätzlich. Die sehr geringe Abschirmung
fast aller billigen Kabel öffnet Hochfrequenzeinstrahlungen
Tor und Tür. Daher sind billige Kabel mitverantwortlich
für Rauschen. Ein weiteres Manko der Beipackstrippen sind
die Stecker. Diese sind nicht nur anfällig für
Wackelkontakte, sondern haben darüber hinaus keinen guten
Halt in der Klemme. Für optimalen Übergangswiderstand
solltendie Stecker normalerweise bombenfest in der Buchse
stecken. Nicht umsonst werden die Verbindungen im professionellen
Audiobereich mitunter verschraubt. Prüfen sie das doch
einmal bei ihren Kabeln aus! Lassen sich die Stecker leicht aus
der Buchse ziehen oder fallen sie etwa schon von allein fast
heraus? Dann sollten Sie sichdringenst nach einer neuen
Kabelalternative umsehen!Im günstigsten Fall sollten Sie
Kabel mit perfekter Abschirmung und zum Schutz vor Korrosion
vergoldeten Steckern verwenden. Solche Kabel können Sie
direkt hier auf unserer Homepage http://www.burosch.de im
Shopbestellen.



1Die Darstellung ist stark vereinfachend (nicht
berücksichtigt: Unterschalen, Spin, Quantenmechanik,...).
Wer mehr erfahren möchte, der sei auf die Literatur in den
Quellenangaben verwiesen.



Quellenangaben:

  • Physik, Paul A.Tipler, ISBN:3860251228
  • Grundlagen der Verstärker, H.Gad/H.Fricke, ISBN:
    3519064170
  • Halbleiter, H.Schaumburg, ISBN:3519061244
  • Elementary Semiconductor Physics, H.C.Wright,
    ISBN:0442301987
  • Handbook On Semiconductors, Volume 4: Device Physics,
    ISBN:0444888136
  • Skript zur Vorlesung "Messen und Testen elektronischer
    Systeme" von Prof.Dr.-Ing Klaus C.J.Dietmayer, Version 2.0,
    Universität Ulm

Dieser Text stammt mit freundlicher Genehmigung von BUROSCH Audio-Video-Technik.

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