Wenn man einen defekten Audio-Verstärker testet und repariert, hat man nicht immer Boxen zur Hand (Repair Cafe), oder will einfach den Krach nicht im Raum haben, wenn man die maximale Leistung testet (und Eure Lautsprecher halten das vermutlich auch nicht lange aus). Nun könnte man auf die Idee kommen, die Lautsprecher einfach ersatzlos wegzulassen, aber erstens kann der Verstärker dann nicht beweisen, wieviel Leistung er bringt, da er ja ohne Last läuft und zweitens nehmen es manche Verstärkertypen sehr übel, wenn Sie ihre Energie nirgends loswerden (Röhrenverstärker!).

Dafür gibt es eine elegante Lösung – eine Dummy Load, die man anstatt der Lautsprecher anschließt. Was nach High-Tech klingt ist allerdings denkbar simpel: Haushaltsübliche Lautsprecher haben eine Impedanz von 8Ω oder in selteneren Fällen auch mal 4Ω. Alles was wir brauchen ist also ein entsprechender Widerstand pro Kanal, eine Klemme für das Lautsprecherkabel und idealerweise noch Anschlüsse für Oszilloskop und/oder Multimeter für Messungen.

Dummy Load planen

Im Netz überbieten sich die Audio-Bastler mit elaborierten Designs, die neben 8Ω und 4Ω auch noch andere Werte bieten, eine Durchschaltung für dann angeschlossene Lautsprecher, einen oder mehrere Lüfter, eine Temperaturüberwachung und einen Außenbordmotor mitbringen. So aufwändig brauche ich es nicht. Ich stelle mir folgendes Features vor:

• 2x 8Ω Last
• Montage auf Alugehäuse oder -platte für gute Wärmeabfuhr
• 2x 2 Polklemmen für den Anschluss der Lautsprecherkabel
• Eine BNC Buchse für's Oszilloskop
• Ein DPDT Schalter zum umschalten der BNC Buchse von links auf rechts.

Woher bekommen wir nun unsere 8Ω Impedanz? Ganz einfach: ein Drahtwiderstand. Hifi Verstärker haben meist irgendwo zwischen 10 und ein paar hundert Watt Sinusleistung pro Kanal (maximal). Typische Werte dürfen wohl eher bis 200W gehen und niemand will im Wohnzimmer die Lautstärke auf 11 Stellen. D.h. ein 200W Lastwiderstand sollte dicke reichen. Auch wollen wir den Verstärker da ja nicht stundenlang dran betreiben, sondern immer nur kurz eine Messung machen. Auch werden wir nur selten für die Messung voll aufdrehen. Also sollten wir thermisch im grünen Bereich sein. Das einzige was man mit diesem Setup nicht so gut machen kann, sind Langzeitmessungen bei hoher Leistung – z.B. um intermittierende Ausfälle zu diagnostizieren.

Also habe ich je ein Paar solcher Widerstände beim fernöstlichen Fachversand für Nerdbedarf geordert:

Natürlich höre ich schon den Aufschrei aller audiophilen Leser, die auf die Gefahr einer induktiven Komponente hinweisen und bezweifeln, dass die Impedanz über den Frequenzbereich exakt genug sei, bevor sie sich wieder der feinstofflichen Optimierung ihrer polaren 30mm² Lautsprecherkabel mit Sonnenwindabschirmung zuwenden. Um auch denen Genüge zu tun, schreiten wir zum Äußersten und nehmen eine Impedanzkurve der beiden Widerstände auf (ET4410):

Ich würde mal behaupten, dass das eine super flache Impedanzkurve ist – jedenfalls im Audio-Frequenzbereich bis 20kHz. Hier finden wir 0.2% Abweichung zwischen der kleinsten und größten Impedanz. Und selbst bei 100kHz weicht die Impedanz um gerade mal 3% vom Wert bei 100Hz ab. Ich glaube kaum, dass echte Lautsprecher da mithalten können. Und ich habe auch Evidenz dafür – so sieht z.B. die Impedanzkurve meiner Lautsprecher in der Bastelhöhle (Teufel Kombi 11) aus:

Nun mögen das keine high-end Boxen sein, aber ich finde den Unterschied dennoch beeindruckend.

Aufbau

Es ist zwar etwas übertrieben, einen Schaltplan für eine simple Dummy Load zu zeichnen, aber für Euch tue ich bekanntlich alles:

Der Schalter dient dazu, den Oszilloskop-Port zwischen den beiden Kanälen umzuschalten. Das finde ich besser, als zwei separate BNC Buchsen, weil man die negative Seite der beiden Kanäle bei vielen Verstärkern nicht zusammenschalten darf. Das ist kein gemeinsamer Ground! Und genau das täte man, wenn man zwei Oszilloskopkanäle gleichzeitig anklemmt. Also außer man hat ein Oszi mit untereinander vollständig isolierten und nicht geerdeten Kanälen. Hab ich aber nicht. Manche Verstärker finden gemeinsamen Ground ok, aber manche reagiern da allergisch drauf. Im Zweifel kann man prüfen, ob die schwarzen Polklemmen im Verstärker verbunden sind (also Durchgang haben), aber so finde ich es sicherer und ich kann gut damit leben, nicht zwei Kanäle auf einmal sehen zu können.

Zunächst dachte ich, ich könnte die Widerstände auf einen großen Kühlkörper schrauben. Das hätte perfekt gepasst und stylish ausgesehen, aber dann hätte ich nicht so recht gewusst, wie und wo ich die Buchsen befestigen soll und so habe ich ein Alu-Festplattengehäuse genommen, das ich noch im Vorratsstapel hatte.

Zunächst mal Löcher zur Befestigung von Widerständen und diversen Buchsen bohren. Damit das halbwegs exakt wird, habe ich zunächst eine Bohrschablone in Inkscape erstellt, ausgedruckt und mit Klebestift auf das Gehäuse geklebt.

Ankörnen, bohren und schließlich die Schablone mit warmem Wasser ablösen. Da die Widerstände auf der Außenseite montiert sind, brauchen wir nun noch Löcher zur Kabeldurchführung. In diese pfriemle ich dann so Gummi-Kabeldurchführungen rein, damit die Isolierung der Kabel nicht beschädigt wird.

Dann ordentlich Wärmeleitpaste unter die Widerstände schmieren und das Ganze auf das Alugehäuse schrauben, die diversen Buchsen in die Frontplatte einbauen und alles verkabeln. Fertig:

Ich finde das sieht gut aus. Die Frontplatte ist leider nur eingeclipst und dadurch etwas wackelig. Vielleicht spendiere ich der später noch etwas Kleber um den Rand.

Testfahrt

Das muss natürlich sofort ausprobiert werden! Also her mit dem nächstgelegenen Verstärker (Yamaha S202D Stereo-Receiver – ein Mistding! Kauft den nicht!) und an die Load anklemmen. Das Oszilloskop anschließen und den Funktionsgenerator an den Verstärker klemmen (1kHz Sinuswelle, 300mVpp) und schon kann es losgehen. Aber halt – mit welchen Spannungen ist da in etwa zu rechnen? Machen wir mal eine Überschlagsrechnung. Angenommen der Verstärker liefert 100W pro Kanal:

Also wären ca. 10V/Div angebracht. Da wir aber zunächst nicht volle Pulle aufdrehen (ich starte mal auf Stufe 11 von 99), werden wir dann die Sensitivität ordentlich erhöhen müssen, um das Signal schön zu sehen. Die folgenden Abbildungen zeigen den linken Kanal. Da der rechte exakt genauso aussieht spare ich mir den hier. Bei einer Reparatur kann das aber natürlich völlig anders sein.

Wir erkennen klar unser Sinus-Signal, wenn auch deutlich von hochfrequenten Störungen überlagert – willkommen in einer Welt voller Schaltnetzteile. Als nächstes erhöhen wir nun schrittweise die Amplitude am Signalgenerator und beobachten den Output. Bei \(6.4 V_{pp}\) bzw. \(2.26 V_{rms}\) Eingangssignal fängt es an zu clippen:

Nun wieder zurück auf einen moderateren Signalpegel (2Vpp) und dann drehen wir die Lautstärke am Verstärker so lange hoch, bis erneut Clipping zu sehen ist:

Das ist oberhalb von Lautstärke-Stufe 94 (von 99) der Fall. D.h. Dann wollen wir mal versuchen, die maximal Leistung ohne Clipping zu berechnen. Zunächst fällt auf, dass ich ein Depp bin, denn ich habe das Oszilloskop auf 10x Probe eingestellt, aber in Wahrheit ein simples Koaxkabel verwendet. Kurz: alle Spannungen betragen nur ein Zehntel des angezeigten Werts. Also zeigt der Screenshot 20 V/div (nicht 200V/div) und unser Signal hat ca. \(4.3 \cdot 20V = 86 Vpp\). Das wiederum entspricht \(86 V_{pp} / 2\sqrt{2} = 30.4 V_{rms}\). Somit hat der Verstärker pro Kanal eine maximal nutzbare Leistung von

Das entspricht verblüffend exakt der Angabe des Herstellers – hier der Auszug aus dem Handbuch:

Leider ist das dort nur für 4Ω spezifiziert, aber offenbar gilt es auch bei 8Ω.

Der Lastwiderstand hat sich bei der kleinen Messung übrigens nur minimal aufgeheizt – vielleicht handwarm ist er nun.

Fazit

Ich finde die Dummy-Load ist gut gelungen. Sie hat ein handliches Format, keinen Schnickschnack, und alles was ich brauche. Sollte ich irgendwann doch mal eine 4Ω Version brauchen, baue ich einfach eine zweite – ich glaube aber nicht, dass das passieren wird.