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Lineare Netzteile (LPS) vs. Schaltnetzteile (SMPS)

Warum bieten wir nur lineare Netzteile (LPS – Linear Power Supply) für unsere fis Audio PCs an? Sind Schaltnetzteile (SMPS – Switch Mode Power Supply) nicht viel energieeffizienter? Natürlich sind SMPS nicht nur effizienter, sondern benötigen im Vergleich zu LPS viel weniger Platz und sind preiswerter. Die Frage ist, was wir beim fis Audio PC erreichen wollen: nämlich eine möglichst rauschfreie Musikwiedergabe.

Welligkeitsrauschen (Ripple Noise)

Die Welligkeiten sind die AC-Schwankungen (Wechselstrom periodisch) und das Rauschen (zufällig), die in den DC-Schienen (Gleichstrom) eines Netzteils zu finden sind. Die Welligkeit verringert die Lebensdauer von Kondensatoren erheblich, da sie ihre Temperatur erhöht. Auch spielt die Welligkeit eine wichtige Rolle bei der Stabilität des Gesamtsystems, insbesondere wenn die CPU übertaktet wird.

Am schlimmsten sind die hörbaren Auswirkungen der Welligkeit, weil die Brummfrequenz und ihre Harmonischen innerhalb des Audiobandes liegen! Die Welligkeitsgrenzen betragen laut ATX-Spezifikation 120 mV für die 12V-Schienen und 50 mV für den Rest (5V und 3,3V). Viel zuviel für die Audio Wiedergabe.

Quelle: https://www.techpowerup.com/articles/overclocking/psu/161/3

Beispiel für ein gutes PC Schaltnetzteil

Im Test von HardwareLuxx schneidet das Seasonic PRIME Ultra 750 W Titanium PC-Netzteil gut ab. Bei den Ripple-/Noisespannungen wurden 13 mV(pp) auf 3,3 Volt und 7 mV(pp) auf 5 V gemessen. Diese Werte sind weit von den 50 mV(pp) entfernt sind, die der ATX Design Guide als oberes Limit gesetzt hat. Und trotzdem würden wir es für Audio Zwecke nicht verwenden. Die Verarbeitung und Bauteilequalität sind „preisklassenbezogen“, ein (abschaltbarer) Lüfter hilft bei der Wärmeregulierung. Der Metallkäfig soll EMV (elektromagnetischen Interferenzen) nicht nach draußen lassen. Ein Blick in das Innere:

Quelle: HardwareLuxx Test Seasonic PRIME Ultra 750 W Titanium

Beispiele für sehr gute lineare Netzteile

Wie wir gleich sehen werden, sind die von uns verwendeten LPS um einiges besser.

Keces P28

Keces Audio ist ein etablierter Hersteller aus Taiwan. Die Anzahl der Anschlüsse eignet sich besonders für Audiophile, welche die „Kästchen“ in ihrer Anlage reduzieren wollen. Sage und Schreibe sechs Zonen stehen mit unterschiedlichen Spannungen und Stromstärken zur Verfügung:

Zone I: 5V/7V/9V/12V, 4A
Zone II: 12V/15V/19V/24V, 4A
Zone III: 12V/15V/19V/24V, 6A
Zone IV: 12V/15, 10A
Zone V: 5V/9V, 2A
Zone VI: USB 5V, 2A

Für einen High Performance Audio PC sind insbesondere die Zonen III mit 6A und IV mit 10A interessant. So kann das Motherboard mit Zone III (19V oder 24V) und die CPU mit Zone IV (12V) versorgt werden. Nun kommen wir zum sehr niedrigen Ripple Noise: <100uV bei Vollast und <10uV bei 60 Watt. Um das mit den obigen SMTS (13mV/7mV) vergleichen zu können: 10uV (Mikrovolt) entsprechen 0,01mv (Millivolt)!

Keces P28

Unsere fis Audio PCs werden mit 6 Pin oder 8 Pin vergoldete Molex Stecker direkt angeschlossen, um Übergangswiderstände von Zwischensteckern zu minimieren. Die Anschlüsse sind beim Keces P28 für Hohlstecker (2.5/5.5mm) vorgesehen. Die Buchsen sind zwar von einer guten Qualität, aber Hohlstecker haben generell schlechtere Kontakte. Die fis Audio Keces P28 Modifikation ermöglicht drei PC Gleichstromkabel direkt an den Audio PC anzuschließen. Dabei werden die Buchsen ausgelötet und die Kontakte mit Ösen direkt verschraubt.  Die Zone II liefert 19V/4A für den DC/ATX-Konverter, Zone III 12V/6A und Zone IV 12V/10A versorgen die CPU direkt mit Strom. Eine Buchse in Zone I steht zur freien Verfügung. Damit gelang ein Sprung hin zu mehr Schwärze und verbesserter Räumlichkeit.

Keces P28 fis Audio Modifikation

Die Maße sind 300 x 279 x 133 mm mit einem Gewicht von 14 kg. Die vielfältigen Anschlussmöglichkeiten haben aber einen Nachteil. Da im Keces P28 nur ein Trafo verbaut ist, ergibt sich bei der Belegung aller Anschlüsse eine hohe Verlustleistung, die sich in einer hohen Abwärme niederschlägt. Das führt uns zum nächsten Beispiel.

FARAD Super10

FARAD ist ein Hersteller aus den Niederlanden. Das FARAD Super3 LPS erfreut sich schon seit Jahren allgemeiner Beliebtheit. Die Besonderheit liegt in den Super Caps, die wie eine Batterie den Strom zwischenspeichern und zu hohen Impulsströmen in der Lage sind. Damit ist dieses Netzteil besonders rauscharm. Aufgrund der maximalen Leistung von 3A kam das für den fis Audio PC bisher nicht in Frage. Das ändert sich jetzt mit dem FARAD Super10 LPS. Wie die Zahl schon vermuten lässt, sind jetzt bis zu 10A möglich (bei 24V sind es 8A). Die Verarbeitung sieht sehr ordentlich aus.

Quelle: https://www.faradpowersupplies.com/super10/

Die Spannungen werden von 5V bis 24V angeboten. Allerdings muss die Spannung bereits bei der Bestellung festgelegt werden. Es wird auch nur ein Spannungsabgriff angeboten. Und das hat einen guten Grund. Der Super10 hat für jede Ausgangsspannung ein optimiertes Modul und einen passgenauen Netztransformator und vermeidet dadurch die Nachteile einer hohen Verlustleistung über verschiedene Spannungen. Ein Spannungswechsel ist nachträglich trotzdem möglich und wird von FARAD ausgeführt. Selbst an eine audiophile Sicherung hat FARAD gedacht: Synergetic Research Purple Fuse.

Quelle: https://www.faradpowersupplies.com/super10/

Die vergoldete 4-polige GX25 Ausgangsbuchse stellt den Strom über je zwei Pins zur verfügung. Mit diesem Material wird der Kontaktwiderstand deutlich reduziert. Die Maße sind 260 x 320 x 70 mm mit einem Gewicht von 7.6 kg.

Die ersten Super10 sollen im Juli 2022 ausgeliefert werden. Wir werden dieses hochwertige LPS für unsere fis Audio PCs in zwei Varianten anbieten: Die 19V/10A Version für den DC/ATX converter und die 12V/10A Version für die direkte CPU Stromversorgung.

Zusammenfassung

Natürlich sind Schaltnetzteile energieeffizienter, platzsparender und preislich günstig. Für Audio führt unserer Meinung nach kein Weg an linearen Netzteilen vorbei. Das liegt am deutlich reduzierteren Ripple Noise. Aber auch die Verarbeitungsqualität der von uns angebotenen LPS ist hervorragend und für eine lange Lebensdauer ausgelegt. Unsere LPS stehen immer separat und stören daher nicht die empfindliche Elektronik im Audio PC. Die Kabel verbinden wir möglichst ohne Zwischenstecker direkt mit dem fis Audio PC, um Übergangswiderstände zu minimieren.

Je hochwertiger das LPS ist, desto geringer wird das Hintergrundrauschen. LPS mit variablen und vielen DC-Anschlüssen sorgen für mehr Flexibilität und reduzieren die „Kästchen“. Klanglich am besten und am stabilsten sind aber LPS mit nur einem Spannungsabgriff an einem Trafo. Filigrane Details werden in der Musik nicht mehr verdeckt. Dadurch wird auch das Leisehören wegen fehlender Maskierungseffekte zum Hochgenuss. Die Räumlichkeit nimmt zu und geht weit über die Lautsprecher hinaus.