Wieviel Querschnitt braucht mein Highend-Stromkabel?

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Wieviel Querschnitt braucht mein Highend-Netzkabel?

Verstärkerschaltungen, Wirkungsgrad, Stromverbrauch, Leiterquerschnitt

Wenn Sie sich für Stromkabel für den Audio-Bereich interessieren, haben Sie sich sicher schon einmal gefragt, wieviel Querschnitt eigentlich sinnvoll ist - werden Sie doch hier bei ebay und auch ausserhalb Angebote "für Boliden" finden, die bessere Stromversorgung für "grosse" Verstärker versprechen. Nun, unbestritten ist die Verstärkerendstufe das Gerät in einer HiFi-Kette, das den größten Stromverbrauch hat - alle Musikquellen und auch der Vorverstärker stellen sich mit ihrem Verbrauch hinten an. Daher beleuchtet der folgende kleine Artikel den Stromverbrauch von Verstärkerendstufen in Abhängigkeit von Ihrer Schaltung und dem Wirkungsrad der angeschlossenen Lautsprecher. Viel Vergnügen beim Lesen - und wenn Sie den Artikel am Ende interessant fanden, freue ich mich über eine positive Wertung!
 
Früher waren Verstärker und Verstärkerendstufen oft nach Watt pro Kilogramm bemessen - für entsprechende Leistung waren große Transformatoren und große Kühlkörper notwendig. Seit Aufkommen von Verstärkerschaltungen wie "Class H" und "Class D" haben Schaltnetzteile ihren Weg zunächst in billige und mittlerweile auch in hochwertige Verstärker gefunden. Zeit, die verschiedenen Verstärkerschaltungen mal wieder zu betrachten - insbesondere im Hinblick auf ihren Stromverbrauch und die Kabelquerschnitte, die dafür notwendig sind, um den entsprechenden Strom zu liefern.

Verstärkernetzteile

Konventionelle Endstufen haben als Hauptbestandteil des Netzteils einen grossen Trafo, meist einen Ringkerntrafo, der die Netzspannung von 230V in kleinere Spannungen transformiert. Diese verden verwendet, um die einzelnen Module eines Verstärkers, wie Vorverstärker und Endstufen mit den jeweils benötigten Spannungen zu versorgen. Da die Transistoren von Endstufen Gleichspannung benötigen, sind dem Trafo Gleichrichter und meist mehrere Elektrolytkondensatoren (Elkos) zur Siebung nachgeschaltet. Ein konventionelles Netzteil nimmt in vielen Fällen mehr als die Hälfte des Volumens und des Gewichts eines Verstärkers ein. Der Vorteil der konventionellen Technik ist, dass sie relativ einfach, günstig und robust ist. Ausserdem sagt man ihr eine hohe Impulsfestigkeit in Bezug auf  die Bässe nach. Daher haben Endstufen mit 30 oder 35 Kilogramm Gewicht durchaus auch heute noch ihre Berechtigung und ihre Fangemeinde.

Schaltnetzteile arbeiten deutlich effektiver als solche mit konventioneller Technik und sind wesentlich kompakter. Rein optisch lassen sie sich oft kaum von einem Endstufenblock unterscheiden und nehmen daher selten mehr als ein Drittel des Gewichts und des Volumens eines Verstärkers ein. Schaltnetzteile nutzen den Vorteil, dass bei höherer Übertragungsfreqzuenz ein wesentlich kleinerer Transformator gewählt werden kann. So bräuchte man beispielsweise bei einer Netzfrequenz von 50 Hertz zur Übertragung von 4000 Watt einen etwa 25 Kilogramm schweren Kupfer-Trafo, während man bei einer Frequenz von 125 Kilohertz nur noch einen Trafo von einem halben Kilo benötigt. Der Nachteil von Schaltnetzteilen sind die auftretenden Störsignale, die sehr aufwändig gefiltert werden müssen und die Technik erst nach und nach für Highend-Audio geeignet und bezahlbar gemacht haben.

Verstärkerschaltungen

Class A

Die vom technischen Standpunkt her einfachste Methode, ein Signal zu verstärken,  ist ein Class-A-Verstärker. In diesem übernimmt ein aktives Bauelement - ein Transistor odereine Röhre - sowohl die positive als auch die negative Halbwelle der eingehenden Wechselspannung. Die Vorteile dieser Technik sind der sehr einfache Aufbau sowie die asugezeichneten Klangeigenschaften. Weil das aktive Bauelement aber stets in der Mitte des linearen Teils seiner Kennlinie gehalten werden muss, benötigen Verstärker mit Class A-Schaltung einen sehr hohen Ruhestrom und weisen somit einen miserablen Wirkungsgrad auf, der im Idealfall bei 50 Prozent, meist aber sogar unterhalb von 25 Prozent liegt - der Rest des Stroms verpufft in Wärme, was für Transistorendstufen bedeutet, dass sie grosse, schwere Kühlkörper brauchen. Für sehr hohe Leistungen und Situationen mit geringem Platzangebot (etwa im Auto) sind Class-A-Endstufen deshalb vollkommen indiskutabel. Sie haben sich jedoch einen festen Platz in Bereichen gesichert, wo nur relativ niedrige Leistungen gebraucht werden: So werden sie gerne in Highend-Anlagen im Wohnzimmer eingesetzt, oder in Vorverstärkern. Vom Stromverbrauch her bedeutet "Class A": Für einen Verstärkeroutput von 100 Watt verbraucht der Verstärker mindestens 200Watt, oft aber sogar 400 Watt oder mehr.

Class B

Mit theoretisch beinahe 80 Prozent haben Class-B-Verstärker einen deutlich höheren Wirkungsgrad als Class A-Endstufen. In ihnen übernehmen zwei getrennte aktive Bauteile jeweils eine Halbwelle der eingehenden Wechselspannung. Während der jeweils anderen Halbwelle sind die unbenötigten Bauteile ausgeschaltet - daher entfällt der hohe Ruhestrom. Der Nachteil dieser Schaltung: Beim Übergang von positiver zu negativer Halbwelle tritt eine deutlich hörbare Übergabeverzerrung auf, die einen Einsatz von Class-B-Verstärkern im für hochwertige Audiowiedergabe unmöglich macht. Class B-Verstätker fanden Verwendung in der Funktechnik, sind aber dort mittlerweile  fast ganz von der noch effektiveren Class C verdrängt.

Class A/B

Class A/B nutzt die Vorteile von Class A und Class B und vereint damit  hohe Klangqualität mit einem Wirkungsgrad, der auch bei hohen Leistungen noch akzeptabel ist. Auch bei Class A/B werden getrennte Bauteile für die beiden Halbwellen eingesetzt - diese werden aber nicht ständig ein- und ausgeschaltet, wie bei Class B, sondern dauerhaft mit Strom versorgt. Daher treten im Übergabebereich des Wechselspannungs-Signals erheblich geringere Verzerrungen auf. Der Wirkungsgrad ist zwar nicht so gut wie be Class B, jedoch immer noch wesentlich höher als bei Class A und liegt typischerweise bei 40 bis 60 Prozent. Der Stromverbrauch eines nach Class A/B aufgebauten Verstärkers ist daher geringer: Für 100 Watt Output benötigt er zwischen 170 bis 250W Strom aus der Steckdose. Die meisten am Markt erhältlichen Audio-Verstärker arbeiten nach Class A/B.

Class G/Class H

Hierbei handelt es sich um eine Weiterentwicklung von Class AB, unter Verwendung von Schaltungen mit gestufter Versorgungsspannung. Während die Grundidee der einer Class-AB-Endstufe entspricht, werden die Transistoren  hier nicht mit einer festen Spannung versorgt, sondern je nach benötigter Ausgangsleistung mit unterschiedlichen Spannungen. Durch dieses Konzept kann der Wirkungsgrad gegenüber einer Class-AB-Endstufe noch gesteigert werden - theoretisch bis zu 85 Prozent - ohne Abstriche bei der Klangqualität machen zu müssen. Die Klassifizierung erfolgt nicht einheitlich, weshalb zum Beispiel Class G sowohl gestufte wie auch kontinuierliche Versorgungsspannung bedeuten kann.  Eine Verstärkerendstufe, die nach diesem Schaltungskonzept aufgebaut ist, braucht für 100W Leistungsoutput weniger als 120W Strom.

Class D

Die landläufig „Digitalendstufe“ genannten Class-D Endstufen arbeiten nicht, wie die bisher vorgestellten Schaltungen,  direkt mit der analogen Wellenform des zu verstärkenden Signals, sondern quasi mit einer digitalisieren Version davon. Das Eingangssignal wird mit einer weit über dem Audiobereich liegenden Frequenz abgetastet und dann mittels PWM (Pulsweitenmodulation) in ein Rechtecksignal gewandelt. Da diese Endstufen nur die Zustände „an“ und „aus“ kennen, sind sie auch als "Schaltendstufen" bekannt. Mit ihnen lassen sich Wirkungsgrade von mehr als 90 Prozent realisieren - solche Verstärker sind klein, leicht und  produzieren (bei Lautstärken, wie sie im Heimbereich vorkommen) praktisch keine Abwärme - für 100 Watt Output werden nur 111 Watt Strom benötigt (Bemerkung: eine Krell Evolution 400 verbraucht bereits im Standby 150W) , und es gehen gerade mal 11 Watt als Wärme verloren. Während frühe Vertreter von Class D-Verstärkern noch hörbare Verzerrungen lieferten, gerade im Hochtonbereich, konnte dies bei modernen Digitalendstufen durch Weiterentwicklungen in den vergangenen Jahren weitestgehend beseitigt werden, so dass sie sich nun auch für den anspruchsvollen Audiobereich eignen.

Fazit

Wieviel Strom ein Audio-Verstärker verbraucht, um seinen Job zu erledigen, hängt wesentlich von seiner Schaltung ab. Die grössten "Stromfresser" sind Class A-Verstärker - sie klingen potenziell nach wie vor am Besten, produzieren dabei aber am meisten Abwärme und sind also am wenigsten effektiv. Dennoch verbraucht ein Class-A-Verstärker für 100W Output nicht mehr als 400W Strom, das "Arbeitspferd" in Class A/B nicht mehr als 250W, und moderne Digitalverstärker, die immer stärker auch in den Highendbereich drängen, begnügen sich mit 111 Watt. Wie häufig der Verstärker an die 100W herankommt, oder gar darüber hinaus, ist selbstverständlich von den angeschlossenen Lautsprechern abhängig - lesen Sie doch mal hier nach: Selbst Lautsprecher mit einem schlechten  Wirkungsgrad von nur 86 dB brauchen für einen Schallpegel von 96 dB in einem Abstand von 1m (Vergleich: Ein Presslufthammer in 1m Entfernung lärmt mit ca. 100dB) ganze 10 Watt, Lautsprecher mit "normalem" Wirkungsgrad von 90 dB SPL brauchen dazu 4 Watt. Wobei man fairerweise sagen muss, dass für Impulse schon mal die 50-fache Leistung erforderlich werden kann (je nach Audioquelle), aber dann ist man bei "normalen" Lautsprechern bei 200W Output,  und das erfordert im Fall eines Class-A-Verstärkers 800W Strom - bei allen anderen Verstärkern weniger. Zum Vergleich: Ein Staubsauger verbraucht leicht 1600W.

Wenn Sie ihrem Verstärker also etwas Gutes tun wollen, indem Sie ihm ein hochwertiges Stromkabel spendieren, müsste er gut mit dem Zuleitungsquerschnitt eines Staubsaugerkabels auskommen - das hat typischerweise maximal 1,5mm². Wenn Sie Ihrem Verstärker also 2,5mm²-Adern spendieren, sind Sie definitiv auf der sicheren Seite - und je dünner das Kabel an dieser Stelle, desto "spritziger" klingt's erfahrungsgemäß auch.  Ausschliesslich in solch seltenen Extremfällen, wo Class-A-Verstärker auf Lautsprecher mit extrem niedrigem Wirkungsgrad treffen - etwa eine Krell-Endstufe auf einen Vollbereichs-Magnetostaten - lohnt es sich, über stärkere Kabel nachzudenken. Im gleichen Moment  muss man sein Augenmerk dann aber auch auf die Leitung "in der Wand" lenken - hier liegt zumeist 1,5mm-Massivleiterkabel.
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