Soft-Clipping

[R.Guttmann]

Hallo zusammen,

in diesem Forum werden öfter Verstärker mit einer sog. soft-clipping Schaltung erwähnt. Die Nubert Subwoofer sollen ja auch Verstärker mit einer solchen Schaltung besitzen. Ich habe zwar eine ungefähre Vorstellung davon, was clipping bei einem Verstärker bedeutet?, aber vielleicht ist ein versierter Nutzer des Forums ja so freundlich und erklärt mir mal wie eine soft-clipping Schaltung funktioniert bzw. welche Auswirkungen die Schaltung hat (Vor- und evtl. Nachteile). Vielleicht gibt es ja eine Internet Adresse wo auf so eine Frage eingegangen wird. Ich habe bis jetzt leider noch keine finden können. Gibt es außer NAD noch andere Verstärker am Markt, die eine solche Funktion besitzen? Oder warum gibt es so wenige Verstärker mit dieser Schaltung am Markt, wenn sie doch Vorteile hat?

Danke im Voraus

[Markus]

Clipping entsteht beim Verstärker dann, wenn er außerhalb seines linearen Verstärkungsbereichs kommt. Der klassischer Fall, der zur Erklärung immer herangezogen wird, ist die Ausgangs-Sinus-Welle, bei der die Amplitude auf den Maximalwert der Ausgangs-Spannung des Verstärkers begrenzt ist. D. h. alles was darüber liegt, wird einfach abgeschnitten. Dadurch entstehen "Ecken" im Signalverlauf, die sich im Frequenzbereich durch hochfrequente Anteile äußern. Übersteigt deren Leistung die Maximal-Belastbarkeit der Hochtöner, so können diese zerstört werden.

Um dies zu verhindern, "runden" Soft-Clipping-Schaltungen diese Ecken ab, entsprechen also in etwa einem Tiefpass-Filter. Daraus sieht man bereits den Vor- und den Nachteil der Schaltung. Vorteil ist, dass eine Überlastung der Hochtöner durch Clipping-Artefakte weitgehend verhindert wird, Nachteil ist, dass dieser Tiefpass natürlich der Ursprungs-Signal verändert, im Gegensatz zum Gedanken der High Fidelity.

Die Kunst der Schaltungs-Designer ist es, eine, wenn auch amplitudenreduzierte, dennoch möglichst orginalgetreue Reproduktion des Tonmaterials zu ermöglichen. Ich denke, NAD ist dies ganz gut gelungen, bauen diese doch schon seit etlichen Jahren diese Schaltungen in ihren höherwertigen Verstärkern ein. Es gibt dort auch die Möglichkeit, das Soft-Clipping abzuschalten, vom Höreindruck ist in normalen Wohnraumverhältnissen allerdings kaum ein klanglicher Unterschied wahrnehmbar.

Wenn Du einen Röhren-Verstärker Dein Eigen nennst, dann ist das Soft-Clipping übrigens systembedingt vorhanden. Bei Transistor-Verstärkern ist mir, ausser NAD, keine Marke bekannt, die dies praktiziert.

Gruß,

Markus.

[G. Nubert]

Hallo Markus,

insgesamt stimme ich Ihren Erklärungen zu, aber der Vergleich (im zweiten Abschnitt Ihres Beitrages) mit dem Tiefpass-Filter ist nur teilweise korrekt. - Nur was die Kurvenform betrifft. Diese Form wird aber nicht durch "Filterung" erzeugt, sondern durch "eine Art Koordinaten-Transformation". Das heißt, dass die Softclipping-Schaltung unabhängig von der Frequenz wirkt.
Ein leicht übersteuertes Sinus-Signal sieht "wie eine Reihe geköpfter Eier" aus. Ein stark übersteuertes Sinus-Signal sieht wie "aneinander gereihte Trapeze" aus und hört sich "schrecklich kratzig" an. (Bis ca. 40 % "unharmonischer" Klirr).

Dass eine Softclipping-Schaltung das Ursprungs-Signal verändert, stimmt schon, - aber das veränderte Signal ist von der Kurveform im Allgemeinen wesentlich stärker mit dem "Original-Eingangs-Signal" verwandt als das Trapez ohne Soft-Clipping.
Meines Erachtens sind die Hauptgründe dafür, dass es im HiFi-Bereich kaum Softclipping-Schaltungen gibt:

• 1. Man hat sich auf Hersteller-Seite darüber einfach noch keine richtigen Gedanken gemacht. Z.B. bei "Bi-Amping" oder aktiven "Mehrweg-Systemen" hat Softclipping klanglich praktisch nur Vorteile.
  2. Übliche Softclipping-Schaltungen "zementieren" die Musik-Leistungs-Reserven eines Verstärkers auf den Wert der "Sinus-Ausgangs-Leistung". Sie "verschenken" also vielleicht 30 % der Impuls-Leistung, die ein Verstärker kurzzeitig unverzerrt an den Lautsprecher liefern könnte. - Man kann aber natürlich auch (bei entsprechendem Schaltungs-Aufwand) "dynamisch wirkende" Softclipping-Schaltungen bauen, die immer kurz vor der (variierenden) Leistungsgrenze wirken.
  3. Man kann in den Datenblättern nicht so hohe Ausgangs-Leistungen bezogen auf einen bestimmten Wert des Klirrfaktors angeben, weil die Softclipping-Schaltung bei etwa zwei Drittel der Maximal-Leistung schon beginnt, den Klirrfaktor leicht anzuheben. Klanglich ist diese Wirkung aber praktisch unbedeutend. - Viel schlimmer ist es, wenn ein Impuls tatsächlich mal "hart clippt".
  Weil man mit Softclipping-Verstärkern "fast bedenkenlos" aufdrehen kann, hat man damit trotz verschenkter Musikleistung meist den Eindruck, einen deutlich kräftigeren Verstärker zu haben.

Gruß G. Nubert

[R.Guttmann]

Hallo,

vielen Dank für die schnellen und ausführlichen Anworten. Sie haben mir wirklich weitergeholfen.

Ronald Guttmann

[Markus]

Hallo Herr Nubert,

das Soft-Clipping ist nicht Produkt einer linearen Filterung, das ist klar. Es ging mir mehr darum, die Vermeidung extremer Mengen hochfrequenter Anteile zu verdeutlichen.

In Bezug auf das von Ihnen erwähnte "Verschenken von Leistung" beim Soft-Clipping, hervorgerufen durch ein Zementieren der Musik-Leistungs-Reserven auf den Wert der Sinus-Ausgangs-Leistung, möchte ich noch erwähnen, dass der einzige mir bekannte Vertreter einer Soft-Clipping-Schaltung in Transistor-Technik, NAD nämlich, durchaus für den Soft-Clipping-Fall höhere Ausgangsleistungen angibt als die Dauerausgangsleistung. So ist z. B. die Dauerausgangsleistung beim C370 mit 120 W spezifiziert, während die Clipping-Leistung (Maximale Dauerleistung pro Kanal) mit 140 W angegeben ist. Dass dies natürlich trotzdem wenig ist im Vergleich mit der möglichen Spitzenleistung ist klar.

Im Falle des C370 wird übrigens die Dauerausgangsleistung von 120 W in Verbindung mit einer typischen Verzerrung von 0,03 % angegeben. Ich weiss nicht, wann bei diesem Verstärker die Soft-Clipping-Schaltung greift, mit dieser Verzerrung kann ich aber in jedem Fall leben.

Gruß,

Markus.