Übertrager für Röhrenverstärker

Quer-, Längs-, Streuinduktivität

Jetzt wird es technisch. Für einen gestandenen Elektroingenieur gehört das alles aber zu dem kleinen Einmaleins der Ingenieurskunst und ist wahrlich keine Hexerei (auch wenn das oftmals anders dargestellt wird). Versuchen wir uns trotzdem einmal an der Erklärung von typischen Übertrager-Begriffen, wobei wir nicht allzutief in das Thema eindringen wollen… Und noch etwas vorweg: Nicht alles was ein Ing. ist, ist gleichzeitig auch ein Ing. in Sachen Elektrotechnik, genauso wie ein Dr. nicht automatisch ein Arzt für Humanmedizin ist.

Jeder Übertrager besteht aus einem Eisenkern und entsprechenden Drahtwicklungen wobei die Wicklungen einen typischen Drahtwiderstand (R) und damit auch Induktivität (L) aufweisen. Die Querinduktivität stellt den Weg für den Magnetisierungsstrom dar während die Streuinduktivität zu der jeweiligen Einzelwicklung gehört. Die Längsinduktivität lassen wir zunächst aussen vor. Oftmals wird aus Marketing-Gründen die Streuinduktivität erwähnt und wie gut man diese »im Griff« hat. Von der Quer- oder Längsinduktivität redet man dagegen kaum, obwohl diese sehr wohl eine wichtige Rolle spielen. Das Ersatzschaltbild eines Übertragers:

Die Querinduktivität bildet einen Hochpass mit der unteren Grenzfrequenz f_u - die hohen Frequenzen werden durchgelassen - die Längsinduktivität einen Tiefpass mit der oberen Grenzfrequenz f_o - tiefe Frequenzen werden durchgelassen. Einfacher ausgedrückt: Die Querinduktivität ist für die Tiefen, die Längsinduktivität für die Höhen zuständig. Die Grenzfrequenzen werden, wie bei einem Vierpol üblich (ein Übertrager ist ein Vierpol) aus der Übertragungsfunktion ermittelt. Nach dieser Berechnung ergibt sich, dass für eine gute Tiefenwiedergabe eine möglichst grosse Querinduktivität erforderlich ist. Nun kann man aber die Querinduktivität nicht unbegrenzt nach oben schrauben, denn mit zunehmender Induktivität wächst auch die den Übertragungsbereich in den Höhen begrenzende Streuinduktivität. Ganz simpel ausgedrückt: Das, was man mit der Längsinduktivität an f_o erzielt, wird durch die Streuinduktivität (also zu grosse Querinduktivität) zunichte gemacht. Ziel bei der Berechnung eines Übertragers ist es nun, die Streuinduktivität nicht zu gross werden zu lassen. Damit man diese wirklich im Griff bekommt, werden die Wicklungen verschachtelt. Eigentlich eine Selbstverständlichkeit, oder? Das Bohei um (beispielsweise) 14-fach verschachtelte Übertrager ist daher nur eins: Nämlich das Hervorheben von Mindestanforderungen, denn es ist durchaus möglich einen höheren Verschachtelungsfaktor aufzubringen.

Bei einem für HiFi- und HighEnd-Röhrenverstärker gedachten Ausgangsübertrager sollte der Maximalwert der Induktion so hoch gewählt werden, dass die für die untere Grenzfrequenz (f_u) geforderte Ausgangsleistung gerade erreicht wird. Unterhalb dieser Grenzfrequenz wird sich dann bei Vollaussteuerung infolge der Sättigung des Eisens ein starker Leistungsabfall zeigen (die berühmte Minus-Dezibelangabe, z.B. -3dB welches übrigens standadisiert ist. Werden andere Angaben genannt, muss man diese im Kontext sehen. Angaben wie RMS oder krumme Dezibelwerte sind ein Indiz, dass etwas mit den Daten nicht stimmt (RMS ist z.B. nicht genormt).

Wenn man nun die dB-Angabe mit Prozent gleichsetzt (ja, ja, ich weiss, das ist nicht korrekt, hilft aber zum beseren Verständnis), dann ist bei der unteren Grenzfrequenz ein Leistungsabfall von 30% (bezogen auf die Gesamtleistung, also 100%) hinzunehmen. Auf den zuvor besprochenen 6AS7G-Röhrenverstärker bezogen heisst das: bei 15W Nennleistung kommt f_u noch mit 4,5W an den Lautsprechern an. Theoretisch! Praktisch sieht das natürlich ganz anders aus, denn
a) dürften die meisten (Bass-) Lautsprecher bei 20Hz schon um Gnade flehen
und
b) ist dB ja nicht gleich Prozent.

Um nun auch im Bereich der oberen Grenzfrequenz die Nennleistung des Verstärkers dem Lautsprecher zuzuführen, muss die durch mangelnde Kopplung der Wicklung entstehende Streuinduktivität so klein wie möglich gehalten werden. Ausserdem muss die Wickelhöhe des Übertragers so gering wie nur möglich gehalten werden. Der zur Verfügung stehende Wickelraum sollte also in der Höhe nur zu einem Teil ausgenutzt werden. Kleinere Kerne versuchen dies zu kompensieren, indem entweder mehr Wicklungen aufgebracht werden oder ein anderes Eisenmaterial (auch ein sehr beliebtes Bohei-Thema) gewählt wird (meist in Kombination von beiden Möglichkeiten).

Daher muss, um niedrige Windungszahlen (und damit Induktivität) zu erreichen, der Kernquerschnitt reichlich bemessen werden. Der Ausgangsübertrager muss also etwas »wuchtiger« ausfallen. Da nützen dann auch kleinere Kerne und anderes Eisenmaterial nicht viel. Hier bewahrheitet sich der alte Spruch: »Gegen miese Klang-, Frequenz- und Wirkunsgradeigenschaften hilft nur eines: Viel Eisen.« Alles andere darf getrost als marktschreierische Reklame gelten. Aber Achtung: Es gibt auch Übertrager mit ganz viel Eisen aber mit ganz wenig Kupferdraht. Das ist natürlich auch nicht das Gelbe vom Ei.