Graue Magie

Einst sagte mein Professor für Nachrichtentechnik&Signalverarbeitung auf meine wiederholten Fragen zur Herleitung einer Formel: „Das glauben wir jetzt Christoph, das ist graue Magie!“ So ähnlich verhält es sich heutzutage im Zeitalter der Microcontroller auch mit der Analogtechnik.

Doch was veranlasst einen Digitaltechniker sich mit dieser Materie zu befassen? Nun, diesmal hat es mir ein defekter Subwoofer – ein Harman Kardon SUB-TS2BQ – angetan, welchen der Besitzer bzw. dessen Bekannter nicht mehr zum wummern bringen konnte.

Nachdem die erste Hürde, nämlich das Gerät zu öffnen, geschafft war, habe ich mit einer optischen Inspektion begonnen und die Stellen untersucht, wo scheinbar etwas zu reparieren versucht wurde. Es gab zwar keine offensichtlichen Anzeichen von defekten Bauteilen, jedoch fielen gleich Folienkondensatoren auf dem Klasse-D Verstärker auf, die dort nicht hinpassen.

Da es sich bei dem Modell schon um ein etwas älteres handeln dürfte, konnte dafür keine Beschreibung/Schaltplan in den Tiefen des Internets gefunden werden, jedoch wurden scheinbar die gleichen Schaltungen auch bei Nachfolgemodellen eingesetzt, sodass die Beschreibung eines SUB-TS11 Gültigkeit haben sollte.

Dieser war zu entnehmen, dass an der Stelle der Folienkondensatoren zuvor bipolare Elektrolytkondensatoren gesessen haben. Der Umstand, dass es Elkos auch bipolar gibt, war mir bis dahin zugegeben neu. Da sich diese im Ausgangsfilter des Leistungsverstärkers befinden, müssen sie große Ströme erdulden und sind somit auch, wie bei Netzteilen, wohl eine der häufigsten Fehlerursachen. Jedoch sind diese bipolaren Elkos kein Standardbauteil und nicht bei den üblichen Online-Distributoren erhältlich. Üblicherweise werden hier auch eigene „Lautsprecher-Kondensatoren“ verwendet, die jedoch deutlich größer und auch teurer sind. Wie groß diese tatsächlich sind zeigte sich erst, als ich sie dann am Tisch liegen hatte und es keine Möglichkeit gab sie unterzubringen. Also mussten doch die bipolaren Elkos her. Auf Verdacht wurden auch gleich die Leistungstransistoren des Verstärkers getauscht, die zum Glück gut erhältlich waren.

Siegessicher wurde alles wieder zusammengebaut und zur Sicherheit Schutzbrille und Gehörschutz für die Inbetriebnahme aufgesetzt. Beim Einschalten kam es zwar nicht zum Gau, aber auch ohne angelegtes Eingangssignal produzierte der Sub presslufthammerartige Geräusche und drohte sich selbständig zu machen. Da der Leistungsverstärker scheinbar Strom liefert habe ich die Fehlersuche nun auf die Filterplatine verlagert, welche die hohen Frequenzanteile (> 160Hz) herausfiltert. Und hier wird es „magisch“.

Auch unter Zuhilfenahme meiner schlauen Bücher, lassen sich nur vereinzelt Schaltungsblöcke und Funktionen erkennen, jedoch kein Gesamtbild. Zum Glück dürften auch andere Zeitgenossen ihre liebe Not mit der Analogtechnik haben und erfanden deshalb Simulationsprogramme. LTspice erfreut sich hier großer Beliebtheit, da kostenlos und recht einfach zu bedienen. Also wurde begonnen die relevanten Schaltungsteile dort nachzubauen und mit verschiedenen Parametern zu experimentieren.

Nach einigen, auch praktischen Tests, wie dem Anlegen eines einfachen Sinussignals am Eingang, stellte sich die Filterplatine doch nicht als die Ursache für die Presslufthammergeräusche heraus. Als nächstes hatte ich die Begrenzerschaltung im Verdacht, welche das das Signal von der Filterplatine wieder verstärkt und gegebenenfalls begrenzt, bevor es zum Leistungsverstärker geht. Doch auch die schien nicht die Ursache für das ungewollte wummern zu sein, also zurück zum Anfang, dem Leistungsverstärker. Der Kommentar eines Leidensgenossen brachte mich dazu zunächst einmal alle Widerstände auf der Platine durchzumessen, was zwar in der Schaltung aufgrund von parallel liegenden Bauteilen oft keine korrekte Messung ermöglicht, aber vielleicht einen Hinweis liefert. Und tatsächlich, der 20k Ohm Widerstand R26 zeigte merkwürdiges Verhalten, welches nicht auf die umliegenden Schaltungsteile zurückzuführen war. Also fix den Widerstand ausgelötet und nachgemessen und tatsächlich schien dieser einen unendlichen Widerstand – also eine Unterbrechung – aufzuweisen. Ob das nun meiner äußerst sanften Herangehensweise beim Auslöten zu verdanken ist bleibt zunächst fraglich.

Zum Glück hatte ich mir jedoch auch vom Leistungsverstärker bereits ein entsprechendes Simulationsmodell erstellt, um die Auswirkungen dieses defekten Widerstandes in einer sicheren (Simulations)Umgebung zu überprüfen, wobei der Widerstandswert einfach auf 10M Ohm gesetzt wurde. Und siehe da, die Simulation zeigt deutlich, dass schon bei einem kleinen Eingangssignal von 100mV (typisch ist eher 1-3V) der Verstärkerausgang nicht mehr dem Eingangssignal folgt, sondern nur mehr zwischen der positiven und negativen Versorgungsspannung hin und herschaltet. Ein passender Ersatz war schnell zurechtgebogen und eingelötet.

 

Da nun der Leistungsverstärker schon ausgelötet war, wurde noch eine weitere Schwachstelle behoben, bevor wieder alles zusammengebaut wurde: die Stromversorgung. Hier werden Bipolartransistoren TIP31/TIP32 verwendet, um ein Linearnetzteil zu bilden. Bei einer Eingangsspannung von ca. 68V und einer Ausgangsspannung von 15V wird hier also jede Menge Verlustleistung erzeugt, wie auch die die knusprig braune Färbung der umliegenden Leiterplatte zeigt. Also wurden hier noch neue Transistoren mit einem kleinen Kühlkörper eingesetzt.

Also wieder zusammenbauen und den Gehörschutz aufsetzten. Beim Einschalten blieben das Presslufthammergeräusch oder ein lauter Knall wider Erwarten aus. Allerdings schien auch sonst kein Ton aus dem Sub zu kommen. Glücklicherweise, war dies nur auf eine zu gering eingestellte Lautstärke zurückzuführen, was jedoch durch den Dreh am Lautstärkeregler des Subwoofers zu beheben war.

Nachdem alle Hausbewohner selbiges verlassen hatten, konnte der Subwoofer einem Intensivbelastungstest mit Trance-Klassikern aus den 90ern unterzogen werden, den er problemlos bewältigt hat und nun meine Sammlung reparierter Geräte erweitert 🙂