Warum?

Die hier vorgestellten Kopfhörer-Verstärker basieren auf Designs, die in der Lage sind einige zehn oder auch hundert Milliampere an Ausgangsstrom zu liefern. Die Versionen mit recht hohen Versorgungsspannungen (CMoy, A47 oder Eaton) sind mit Gains > 12 in der Lage auch Hörer mit hohen Impedanzen wie den AKG K240 zu satten Pegeln zu bringen. Daher verwende ich diese Verstärker auch hauptsächlich zu Hause, wo sie als Ausgangstreiber für Mischpult oder Studio-Anwendungen zum Einsatz kommen.

Da bin ich jedoch eher die Ausnahme. Angeschlossen werden nämlich i.d.R. MP3-Player oder -Sticks, oder auch konventionelle CD-Spieler. Alle diese Geräte haben schon einen Kopfhörer-Ausgang, warum also noch einen Verstärker dahinter schalten? Macht der Verstärker nur lauter oder hat er tatsächlich einen Einfluss auf die Klangqualität? Beides ist der Fall, und warum, möchte ich kurz darstellen.

Form follows function

In einem MP3-Stick mit USB-Anschluss wird schon eine Menge Elektronik untergebracht. Gleichzeitig stehen die Hersteller aber auch unter Kostendruck, diese Geräte immer billiger und kleiner zu liefern. Bauteile wie DA-Wandler und Vorverstärker sind Standard-Elemente, gelegentlich mit reduziertem Feature-Set, allerdings mit oft nicht schlechter Qualität. Kritisch wird es eher an einem Punkt, dem letzten in der Verarbeitungskette: dem Treiber für den Kopfhörer. Platz ist wenig, die Player werden aus einer enzelnen AAA-Batterie gespeist. Wegen der entstehenden Wärme und den begrenzten Leistungsresourcen ist genau diese Ausgangsstufe der kritische Faktor. Und die Bauteile sind SMB-Gehäuse, noch einmal eine Einschränkung bezüglich Wärmeverträglichkeit und damit Ausgangsleistung.

Warum ist ein OPA134 so anders?

Schauen wir uns mal an, was Opamps so an Ausgangsstrom bringen können:

LM741 25mA an 2kOhm Nur hat dieser Opa der Opamps keine besonders guten Audio-Eigenschaften.
TL072C 40mA an 2kOhm Man beachte die vorgesehene Ausgangs-Impedanz!
NE5534 30mA an 600Ohm Schon besser, aber die meisten Kopfhörer haben 150 Ohm oder weniger.
OPA132 40mA an 600Ohm Sehr gute Audio-Eigenschaften, aber auch sehr niedriger Ausgangs-Widerstand

Die Wahrheit geht noch ein wenig weiter. Ein OPA132 ist tatsächlich in der Lage bis zu 20 mA Strom zu liefern, ohne wesentliche Verzerrungen zu produzieren, weil er eine niedrige Ausgangsimpedanz hat. Ist einfach ein tolles Design. Der NE5534 hat zwar auch gute Audio-Eigenschaften, weshalb er auch zuhauf in Mischpulten oder PA-Endstufen auftaucht. Aber sobald er den Strom an niedrige Impedanzen liefern soll, geht er soundmäßig in die Knie. Wegen seiner eher hohen Ausgangsimpedanz. Als Treiber für eine Class AB-Endstufe ist der 5534 fast ideal. Kostet auch nur ein paar Cent, der OPA132 fast 4 €. Alternativen wären: NE5534 als Verstärker, BUF634 als Endstufe mit Gain = 1. Auch prima, aber nicht billiger. Wollen wir also Leistung + Sound-Qualität mit Opamps, kostet das Geld. Muss aber nicht sein, wie der smEaton zeigt. Billiger Opamp als Treiber, einfache Kleinsignal-Transistoren als Endstufe. Letzten Endes entscheidend ist dann das Design.

Die Vorteile

Was an Ausgangs-Verstärkern in MP3-Players verbaut wird, ist meistens in der 5532-Klasse. Da der Ausgangswiderstand dieser Verstärker aber recht hoch ist, kommen die Verstärker mit Lasten bis hinunter zu 32 Ohm schnell an ihre Leistungsgrenzen. Zwar können sie noch erheblichen Krach machen, aber zu einem hohen Preis: Klirrfaktor und Verzerrungen erreichen Werte, die mit gutem Sound nix mehr zu tun haben. Vom Rauschen ganz zu schweigen, denn das steigt auch mit steigender Sättigung. Für die Kiddies im Bus mag das ok sein, will man aber entspannt im ICE auf dem Weg nach München Musik hören, so sind die Player bei niedrigen Verzerrungen nicht in der Lage eine vernünftige Leistung bei guter Bass-Wiedergabe zu produzieren. Das geht nur mit einem externen Verstärker, wie einem smEaton oder CMoy.

Stichwort Bass-Wiedergabe: das fordert von der Endstufe die meiste Arbeit, wegen der Wiedergabe-Eigenschaften der Kopfhörer, und des Verhaltens des menschlichen Gehörs. Setzen wir also einen netten Kopfhörer-Verstärker hinter unseren Player, so passiert Folgendes:

  • Der Verstärker im Player muss nur noch ganz geringe Ströme liefern, weil die Hauptarbeit der KH-Verstärker macht. Schont auch die Batterie im Player.
  • Bei geringer Ausgangsleistung produziert der Player auch geringe Verzerrungen, die schmalbrüstigen Verstärker in den Playern können das, aber eben nur bei geringer Ausgangsleistung.
  • Und zuletzt kann die geringe Ausgangsspannung der Player (AAA-Batterie!) durch den KH-Verstärker noch verstärkt werden, zu Gunsten höherer Lautstärke und satterer Bass-Wiedergabe.
  • Und darum macht der Kopfhörer-Verstärker nicht nur einfach lauter, er liefert auch eine zusammen mit dem wenig belasteten Player eine erheblich bessere Klangqualität. Natürlich kann er aus einer 96 kbit-MP3-Aufnahme nichts heraus holen, was schon lange raus ist. Aber wenn das Quellsignal akzeptabel ist, kann der KH-Verstärker das Seine zu gutem Klang tun.

Alternativ-Einsatz: Studio und HiFi

Schließt man einen K240 an den Kopfhörer-Ausgang eines Mischpultes an, wird man vom geringen Ausgangspegel überrascht sein. Ein Beyer 331 dagegen ist recht laut. Was daran liegt, dass der K240 eine Impedanz von 600 Ohm hat, die Ausgangsspannung des Pultes bzw. des dort enthaltenen KH-Verstärkers reicht nicht, um im K240 einen entsprechenden Strom fließen zu lassen. Dazu braucht man eine höhere Ausgangsspannung, auch wenn der K240 bei brauchbarer Lautstärke auch nur 20 oder 30 mW braucht. Aber er braucht eben höhere Spannungen, die kann ein CMoy oder A47 mit 2 x 18 V Versorgung prima liefern.

Oder: Monitor an PC mit guter Wandlerkarte wie Terratec 24/96 oder ähnlich. Auch hier ist ein Kopfhörer-Verstärker notwendig. Noch extremer: AKG K1000, nur 120 Ohm Impedanz, aber sehr geringer Wirkungsgrad. Den treibt sonst nur ein Vollverstärker. Oder ein Eaton, oder in gemächlichen Pegeln schon ein A47 und smEaton, dann aber auch mit 2 x 16 oder 2 x 18 V Versorgung zu Gunsten hoher Ausgangsspannung.

Fazit

Kopfhörer-Verstärker machen nicht einfach lauter, sie entlasten Soundkarten, MP3-Player- oder CD-Player-Endstufen von der Bürde hoher Ausgangsleistung. Dafür bekommt man dann eine erheblich besseren Klang, verlängerte Batterie-Standzeiten im Player, oder einfach nur vernünftige Pegel für Monitorzwecke im Home-Studio. Da war doch noch etwas? Ach ja, es macht einfach Spaß sich mit Elektronik-Projekten zu beschäftigen, deren Ergebnisse die Sinne ansprechen und nicht einfach nur in die Ecke fliegen. :-))