In diesem Artikel geht es um die Stromversorgung deines Audio PCs. Aber sicher kann man das Thema auch für andere Audio Geräte heranziehen.
Die meisten Computer werden mit Schaltnetzteilen betrieben. Warum das für Audio meist keine gute Idee ist, beleuchten wir in den Grundlagen. Nur um im Praxisteil auf die gar nicht so schlechten GaN SMPS zu sprechen zu kommen.
Aber klar, ich bin ein Befürworter von linearen Netzteilen. Auch dazu schauen wir uns die Funktionsweise in den Grundlagen an.
Grundlagen
In der Welt hochwertiger Audiotechnik zählt jedes Detail und das beginnt bereits bei der Stromversorgung. Zwei Begriffe begegnen uns hier besonders häufig: lineare Netzteile und Schaltnetzteile. Doch worin unterscheiden sie sich und was bedeutet das für den Klang?
Lineare Netzteile – der Klassiker für Puristen
Lineare Netzteile arbeiten nach einem einfachen, analogen Prinzip: Ein Transformator wandelt die Netzspannung auf das gewünschte Niveau, ein Gleichrichter macht daraus Gleichstrom, und ein Spannungsregler sorgt für eine saubere, stabile Ausgangsspannung.
Diese Art der Stromversorgung erzeugt kaum hochfrequente Störungen – sie ist nahezu „leise“ im elektrischen Sinn. Daher gelten lineare Netzteile als besonders klangneutral. Viele High-End-Hersteller setzen genau deshalb auf diese Technik, vor allem in sensiblen Bereichen wie Vorverstärkern, DACs oder Phono-Stufen.
Lineare Netzteile sind oft groß, schwer und ineffizient. Der Spannungsregler wandelt überschüssige Energie in Wärme um, was viel Kühlung bedeutet.
Schaltnetzteile – kompakt und kraftvoll
Schaltnetzteile ticken digitaler: Sie wandeln die Netzspannung in Hochfrequenz-Signale um, bevor sie über kleine Transformatoren wieder auf die Zielspannung gebracht werden. Der Vorteil: Klein, leicht, effizient – ideal für moderne Geräte mit wenig Platz oder für leistungsstarke Endstufen.
Kritisch sehen viele Audiofreunde jedoch die möglichen hochfrequenten Störungen, die durch das schnelle Schalten entstehen. Diese können – je nach Aufbau und Filterung – in die Audioschaltung gelangen und den Klang beeinträchtigen. Gute Schaltnetzteile mit sorgfältiger Entstörung können trotzdem punkten, aber es kommt eben auf die Umsetzung an.
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 (für Computer) 120 mV für die 12V-Schienen und 50 mV für den Rest (5V und 3,3V). Viel zuviel für die Audio Wiedergabe.
Lineare Netzteile haben in der Regel ein sehr geringes Ripple Noise, während Schaltnetzteile viel Rauschen mit sich bringen.
Die Netzteile für den fis Audio PC
HDPLEX 250W GaN Passive AIO ATX Power Supplys für den kleinen Geldbeutel
Die technischen Besonderheiten
Seit einiger Zeit werden die HDPLEX 250W GaN Passive AIO ATX Power Supplys angeboten. Gallium Nitrid (GaN) ist ein Halbleitermaterial, dass im Bereich der Hochleistungselektronik mit steigender Tendenz verwendet wird. GaN hat eine deutlich bessere elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu Silizium.
Im HDPLEX Netzteil kommen insgesamt 4 GaN-FETs (Gallium-Nitrid-Feldeffekttransistoren) statt der herkömmlichen Silizium-basierten FETs (MOSFETs) zum Einsatz. Hier kommt eine Erläuterung von ChatGPT (ich hoffe es stimmt):
Ein Schaltnetzteil mit PFC+LLC-Struktur besteht aus zwei wesentlichen Topologien:
- PFC (Power Factor Correction)
Die PFC-Stufe dient dazu, den Leistungsfaktor zu verbessern, indem sie den Stromfluss so anpasst, dass er in Phase mit der Netzspannung ist. Dies reduziert die Blindleistung und verbessert die Energieeffizienz. In Schaltnetzteilen wird oft eine aktive PFC-Schaltung verwendet. - LLC (Induktiv-induktiv-kapazitiv)
Die LLC-Stufe ist eine resonante Konvertertopologie, die mit hoher Effizienz arbeitet. Sie nutzt eine Resonanzschaltung aus Induktivitäten und Kapazitäten, um den Stromfluss zu glätten und die Verluste zu minimieren. Die LLC-Schaltung ermöglicht auch einen “sanften” Schaltvorgang, der Schaltverluste reduziert.
Die Vorteile sollen in der höheren Schaltgeschwindigkeit, besseren Effizienz und robusteren Temparaturtoleranzen liegen. Außerdem wird weniger Platz beansprucht. Mit den Maßen 170(D) x 55 (W) x 25 (H) mm und einem Gewicht von lediglich 360 g sind sie deutlich kleiner als die herkömmlichen Computer-Schaltnetzteile. Und wichtig: es gibt keine Lüfter.
Erfahrungen mit dem fis Audio Prototypen
Verbaut hatte ich im Prototypen gleich zwei HDPLEX 250W GaN Passive AIO ATX Power Supplys. Davon eine für die Versorgung des Motherboards mit dem 24 Pin Molex Kabel und das andere für die Versorgung der CPU mit 8 Pin Molex Kabel jeweils von von fis Audio.
Damit der eletronische Schmutz nicht an die HiFi Anlage weitergereicht wird, hatte ich für die galvanische Trennung die Netzwerkkarte von Solarflare X2522 und für das HQPlayer Netzwerkprotokoll NAA den Einplatinencomputer NanoPi NEO3 verbaut.
Am Anfang war ich doch schwer von den GaN-Netzteilen enttäuscht. Denn diese entwickelten eine Hitze, so dass die volle Leistung für die rechenstarke CPU nicht abgerufen werden konnte. Mittlerweile läuft der Prototyp seit einem Jahr völlig störungsfrei, so das ich diese Stromversorgung nun guten Gewissens auch für den fis Audio PC anbieten kann. Während billige Computernetzteile manchmal von Spulenfiepen betroffen sind und die Lüfter hochdrehen, sind die GaN-Netzteile völlig geräuschlos.
Man kann zwar mit den GaN-Netzteilen nicht die rechenintensivsten Filter verwenden, aber mit leichten Filtern läuft die Verarbeitung mit DSD1024 traumhaft. Die Kerninanspruchnahmen zeigen bei den P-Cores (oberen 16 Cores unten im Bild) einen sehr schönen gleichmäßigen Verlauf. Die unteren 16 E-Cores werden sehr gleichmäßig belastet. Ebenso Mustergültig sind die glatten Verläufe des Arbeitsspeichers und der Netzwerkverbindung.
Die CPU-Temperatur liegt bei rund 80°C. Der Intel® Core™ i9-13900K ist bis 100 °C spezifiziert, so dass genügend Reserven nach oben bestehen.
Klanglich muss man aber einige Abstriche gegenüber den linearen Netzteilen von FARAD machen, aber für Leute mit geringem Platz und schmaleren Geldbeutel sind die GaN-Netzteile ein guter Kompromiss. Zu beachten ist, dass der Strom nicht von derselben Steckerleiste der Hauptanlage gezogen wird. Bei mir hat sich der direkte Anschluss an der Wandsteckdose bewährt. Die Hauptanlage war an einer anderen Wandsteckdose angeschlossen und wurde zusätzlich durch den GigaWatt Power Conditioner gefiltert. So konnten die Schaltnetzteile HF und Ripple Noise nicht in das Stromnetz zur Anlage zurückstreuen.
Im Vergleich zum Prototyp wurde die Wärmeabfuhr durch eine zusätzliche massive 4mm Alu-Platte verbessert. Die HDPLEX AC-Kabel wurden komplett durch hochwertige fis Audio Kabel mit der Furutech FI-06 NCF Netzbuchse ersetzt.
Das bewährte lineare FARAD Super10 Netzteil für hohe Ansprüche
Das FARAD Super10 Netzteil versorgt bereits seit vielen Jahren die fis Audio PCs mit sauberen Strom.
Bereits das FARAD Super3 LPS erfreute sich allgemeiner Beliebtheit, kam aber mit max. 3 Ampere nicht für den fis Audio PC in Frage. Die Besonderheit liegt in den Super Caps, die wie eine Batterie den Strom zwischenspeichern. Mit dem FARAD Super10 können die namensgebenden 10 Ampere geliefert werden. 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. Das FARAD 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.
Das schlanke Netzteil wird nicht im fis Audio PC verbaut, sondern steht extra. Das hat viele Vorteile. Angefangen von der geringeren Wärmeentwicklung bis hin zur Vermeidung von EMI/RFI, kann dieses Netzteil jederzeit durch ein anderes Netzteil bequem ausgetauscht werden. Auch die Wartungsfreundlichkeit ist besser, weil das Netzteil nicht erst ausgebaut werden muss. Wichtig ist hier die Kombination mit einem internen DC/ATX-Konverter, welches die Stromversorgung des Motherboards mit dem 24 Pin Molex Kabel und für die Versorgung der CPU mit 8 Pin Molex Kabel jeweils von fis Audio sicherstellt. Zur Auswahl stehen der HDPLEX 500W HiFi DC-ATX Konverter oder für höchste Ansprüche der Konverter von Taiko Audio DC DC-ATX.
KLanglich ist diese Stromversorgung aufgrund ihres „schwarzen“ Hintergrunds und der völligen Störungsfreiheit ein Traum.
Für hohe Leistungsanforderungen gibt es die neue Kombination FARAD Super6 & FARAD Super10
Seit einiger Zeit bietet FARAD das lineare Netzteil Super6 an. Das brachte mich auf die Idee, eine Stromversorgung für extrem hohe Leistungsanforderungen zu entwickeln.
Mit dem FARAD Super6 geht es mit 24V/6A in den internen DC/ATX-Konverter, welches die Stromversorgung des Motherboards mit dem 24 Pin Molex Kabel von fis Audio bereitstellt. Der Clou liegt hier in der direkten Stromversorgung der CPU vom FARAD Super10 mit 12V/10A per stromstarken 8 Pin Molex Kabel ebenfalls von fis Audio. Dabei wird für die CPU die Schnittstelle über den DC/ATX-Konverter umgangen und diese Art der Stromversorgung ermöglicht brachiale Rechenleistungen, die nur noch durch die Wärmeentwicklung der CPU begrenzt wird.
Neben der möglichen Ausführung rechenintensiverer Algorithmen nimmt auch die Klangqualität zu, da die CPU direkt mit sauberen Strom versorgt wird.
Zusammenfassung
Lineare Netzteile sind zwar richtige Stromfresser, aber für den analogen Klang der Klassiker für Puristen. Die Schaltnetzteile sind dagegen engergieeffizient, kompakt und kraftvoll. Wer geringstes Welligkeitsrauschen (Ripple Noise) haben möchte, nimmt ein hochwertiges lineares Netzteil.
Für den fis Audio PC sind jetzt mehrere Alternativen verfügbar. Das Schaltnetzteil HDPLEX 250W GaN Passive AIO ATX ist eine gute Alternative für den kleinen Geldbeutel und wird direkt im fis Audio PC verbaut. Das spart Platz.
Das bewährte lineare FARAD Super10 Netzteil dient für hohe Ansprüche. Da es extern steht, kann es den fis Audio PC weder mit EMI/RFI, noch mit der Wärmeabgabe beeinträchtigen. Klanglich ist es die erste Wahl.
Für extrem hohe Leistungsanforderungen gibt es die neue Kombination FARAD Super6 & FARAD Super10. Die Besonderheit liegt in der direkten Stromversorgung der CPU unter Umgehung des DC/ATX-Konverters. Auch klanglich geht es noch etwas weiter bergauf, aber du benötigst Platz für zwei Netzteile.
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